諧波濾波的技術(shù)講座

1、諧波濾波技術(shù)諧波濾波技術(shù) 主講人：徐明新主講人：徐明新 北京赤那思電氣技術(shù)有限公司北京赤那思電氣技術(shù)有限公司 目 錄 1. 諧波的概念諧波的概念 1.1 諧波的定義 1.2 電力系統(tǒng)諧波的起因 1.3 諧波的表示 1.4 諧波的標(biāo)準(zhǔn) 1.5 諧波的危害 2. 諧波的抑制諧波的抑制 2.1 有源濾波裝置 2.2 無源濾波裝置 2.3 系統(tǒng)阻抗對諧波的分流作用 2.4 單調(diào)諧濾波器 2.5 二階高通濾波器 2.6 C型高通濾波器 2.7 與其他用戶共用母線的濾波器 3. 無源濾波器設(shè)計注意的問無源濾波器設(shè)計注意的問 題題 3.1 濾波電容器額定電壓校核條件 3.2 濾波電容器額定電流校核條件 3.

2、3 調(diào)諧濾波器的分組投切 4. 工程實例工程實例 4.1 工程概況 4.2 設(shè)計方案 4.3 裝置運行情況 4.4 結(jié)論 1.諧波的概念 1.1諧波的定義諧波的定義 供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行 傅里葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的 分量，還得到一系列大于基波頻率的分量，這部分 電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值稱為諧 波次數(shù)。 下面是幾個簡單的波形疊加的圖片： Sin(wt)+1/3sin(3wt): Sin(wt)+1/5sin(5wt): Sin(wt)+1/3sin(3wt)+ 1/5sin(5wt) : Sin(wt)+1/5sin(5wt)+ 1/7sin

3、(7wt) : Sin(wt)+1/3sin(3wt)+ 1/5sin(5wt)+ 1/7sin(7wt) : 1.2電力系統(tǒng)中諧波的起因電力系統(tǒng)中諧波的起因 a)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波 b)輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波 c)用電設(shè)備產(chǎn)生諧波(晶閘管整流設(shè)備、變頻裝置、電弧爐、電石 爐、氣體放電類光源等） 1.3諧波的表示諧波的表示 )(100 0 0 1 U U HRU n n )(100 0 0 1 2 2 I I THD n n i a) n次諧波電壓含有率： b) n次諧波電流含有率： )(100 0 0 1 I I HRI n n c) 電壓諧波總畸變率： d) 電流諧波總畸變率： )(100

4、0 0 1 2 2 U U THD n n U 1.4諧波的標(biāo)準(zhǔn) 電網(wǎng)標(biāo)稱電壓 kV 電網(wǎng)總諧波畸變率 0/ 0 各次諧波電壓含有率， 0/ 0 奇次偶次 0.385.04.02.0 6 4.0 3.2 1.6 10 35 3.0 2.4 1.2 66 1102.01.60.8 a)公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值： b)諧波電流允許值 注：220kV基準(zhǔn)短路容量取2000MVA C)當(dāng)電網(wǎng)公共連接點的最小短路容量不同于上表的基準(zhǔn)容量時，按下式修正表 中的諧 波電流允許值： hp k k h I S S I 2 1 2K S hp I 式中： h I 1K S 公共連接點的最小短路容量，MVA

5、基準(zhǔn)短路容量，MVA 上表中的第h次諧波電流允許值，A 短路容量為SK1時的第h次諧波電流允許值。 d)在共同連接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值（Ihi)按下式計算： /1 )/( tihhi SSII 式中：Si 第i個用戶的用電協(xié)議量，MVA St 公共連接點的供電設(shè)備容量，MVA 相位疊加系數(shù)，按下表取值， 21.91.81.41.21.1 9,|13|偶次1311753h 1.5諧波的危害諧波的危害 1. 對供配電線路的危害 （1） 影響線路的穩(wěn)定運行 （2） 影響電網(wǎng)的質(zhì)量 2. 對電力設(shè)備的危害 （1）對電力電容器的危害 （2） 對電力變壓器的危害 （3）對電力電纜的危害 （

6、4） 對弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾 （5）影響電力測量的準(zhǔn)確性 2.濾波的抑制 2.1 有源濾波裝置有源濾波裝置 a)基本原理： 有源電力濾波器的基本原理是利用檢測單元對負(fù)荷產(chǎn)生的畸變量 進(jìn)行檢測，然后由控制單元產(chǎn)生控制信號，對大功率電力電子器件進(jìn) 行控制，由電力電子器件逆變出一個與畸變量幅值相等，相位相反的 補(bǔ)償量。畸變量和補(bǔ)償量互相抵消，在系統(tǒng)側(cè)的電壓電流波形得到良 好改善。 b)特點： 濾波效果好，不會產(chǎn)生諧波放大。 成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 維護(hù)難度大，能耗大。 2.2 無源濾波裝置無源濾波裝置 所謂無源濾波裝置是由濾波電容器，電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的 濾波裝置，與諧波源并聯(lián)，除起到濾波作用之外

7、，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)?需要。一般來說有單調(diào)諧濾波器，高通濾波器和雙調(diào)諧濾波器等幾種。 特點：成本低，結(jié)構(gòu)簡單。 參數(shù)適當(dāng)，濾波效果都能達(dá)到要求。 兼具備無功補(bǔ)償功能，有節(jié)能效果。 數(shù)據(jù)不合理時，容易造成諧波的放大。 用在自然功率因數(shù)較高的場所，容易造成過補(bǔ)。 2.3系統(tǒng)阻抗對諧波分流的作用系統(tǒng)阻抗對諧波分流的作用 Is(h)=IhZf(h)/（Zs(h)+Zf(h)） Is(h)流入系統(tǒng)的h次諧波 Ih諧波負(fù)載產(chǎn)生的h次 諧波電流 Zf(h)h次頻率下的濾波器等效 阻抗 ZS(h)h次頻率下系統(tǒng)阻抗 Xs PCC點 Zf Ih3 Ih2 Ih1 2.4單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器 h hf Ch L

8、hjRZ 1 0 0 1 h h Ch Lh 0 RZ f 全調(diào)諧時： h s S f I jhXR jhX I 0 h s s I jhXR R I 0 0 sh s jhXR R I I 0 0 s h h nX Cn Ln 1 hsh CXL n 1 發(fā)生并聯(lián)諧振的條件： 并聯(lián)諧振舉例： 一個100MVA的10kV系統(tǒng)，電容補(bǔ)償量為3000Kvar時，基波容抗為： X C K X 13 10 2 72.34 04. 013 102 C X 1248.3) 4 1 04.04(72.34)4( C X KX為電抗率 對5次濾波器， KX=4%，則： 假如負(fù)荷產(chǎn)生2A的4次諧波，則在4次諧波

9、頻率下濾波器的阻抗為： 負(fù)數(shù)為容性 200HZ下系統(tǒng)阻抗為： 4 100 10 4)4( 2 S X 此時流入系統(tǒng)的4次諧波電流為： AIS14. 7 1248. 34 1248. 3 2)4( 如果系統(tǒng)短路容量正好為128MVA，則： 1248. 3 128 10 4)4( 2 S XIS（4） 放大3.57倍 2.5二階高通濾波器二階高通濾波器 )( 11 1 )( )( 2 2 2 Lh K K jR KLhjR LhjR ZL Lh R K 電感并聯(lián)的等效阻抗： 式中： a)不并電阻的頻率曲線b)并電阻后的頻率曲線 2.6 C型高通濾波器型高通濾波器 2.7與其他用戶共用母線的濾波器與

10、其他用戶共用母線的濾波器 當(dāng)某個用戶的電源進(jìn)線側(cè)安裝濾波器時， 如果同一個母線上還有其它濾波用戶（見 下圖），則由于濾波器的調(diào)諧頻率下的阻 抗遠(yuǎn)低于系統(tǒng)阻抗造成母線上的所有諧波 流入濾波器，此時在PCC點測得的諧波電 流就有可能是其它諧波源流過來的，而不 是該用戶流入系統(tǒng)的。此時判斷濾波器是 否有效的依據(jù)應(yīng)是母線上諧波電壓畸變率 的下降而不能依據(jù)PCC點測得的諧波電流 大小。 上圖中，當(dāng)Zf(h)Xs(h)時，Ih1、 Ih2、 Ih3的大部分都流入濾波器，此時在PCC點測 得的電流為Ih1+Ih2。 Xs PCC點 Zf Ih3 Ih2 Ih1 3. 無源濾波器設(shè)計注意的一些問題無源濾波器設(shè)

11、計注意的一些問題 3.1 濾波電容器額定電壓校核的條件濾波電容器額定電壓校核的條件 保證電容器的額定電壓大于基波電壓與保證電容器的額定電壓大于基波電壓與 各次諧波電流在電容器上面產(chǎn)生的各次各次諧波電流在電容器上面產(chǎn)生的各次 諧波電壓的算術(shù)和。諧波電壓的算術(shù)和。 3.2 電容器額定電流校核的條件電容器額定電流校核的條件 電容器的額定電流必須大于諧波電流和電容器的額定電流必須大于諧波電流和 基波電流的方均根值?；娏鞯姆骄?。 3.3調(diào)諧濾波器的分組投切調(diào)諧濾波器的分組投切 特別是在低壓分組投切的情況下，分組自動投切往往 是逐組試探往上投直至無功平衡才停止進(jìn)一步投入，當(dāng)投 入第一組時，所有的濾

12、波電流都將流入該組濾波器。如果 單組濾波器容量不夠?qū)?dǎo)致濾波器的燒毀。另外各組濾 波器的阻抗不可能調(diào)整到完全一致，這也會產(chǎn)生諧波電流 在個組間分流不均的現(xiàn)象。 因此，采用分組投切時，第一組的容量必須足以承 受全部的濾波電流的流入，而且在無功過補(bǔ)時也不能切 除。除非負(fù)荷已完全停止工作，在過補(bǔ)的情況下為了確 保濾波效果，建議并聯(lián)電抗器僅補(bǔ)無功或采用有源濾波 器。 4.工程實例工程實例 4.1工程概況工程概況 某項目主進(jìn)線為10kV，變壓器容量為 1400KVA， 10kV/0.61kV，阻抗電壓為 4.8%，所帶負(fù)荷為934KW的直流冷軋機(jī)。 軋機(jī)的最大工作電流可達(dá)1800A，該軋機(jī)就 是由六脈

13、變流設(shè)備帶動直流電動機(jī)工作的。 通過現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的5、7次諧波電 流超標(biāo)，并且功率因數(shù)也很低，無功需求 很大。 4.2 設(shè)計方案設(shè)計方案 針對現(xiàn)場的測試情況，我們設(shè)置了5、7次共2個單調(diào)諧濾 波支路。 阻抗頻率特性曲線如下： 系統(tǒng)諧波電流放大倍數(shù)曲線如下： 由上曲線可知，濾波支路對237HZ和329HZ的諧波發(fā)生了放大，但是 二者均不在整數(shù)次上，也不是特征諧波，所以可忽略不計。 4.3 裝置運行情況裝置運行情況 4.4結(jié)論結(jié)論 通過濾波支路的運行，對比了裝置投入前后系統(tǒng) 電流波形及諧波含量等參數(shù)的情況。結(jié)果表明， 該裝置能有效冷軋機(jī)入口處電能質(zhì)量，提高功率 因數(shù)，濾除諧波。 赤那思的產(chǎn)品目標(biāo)和社會責(zé)任：赤那思的產(chǎn)品目標(biāo)和社會責(zé)任： 首先解決補(bǔ)償、濾波裝置的可靠性問題，首先解決補(bǔ)償、濾波裝置的可靠性問題， 并廣泛的讓社會和用戶理解無功補(bǔ)償裝置并廣泛的讓社會和用戶理解無功補(bǔ)償裝置 可以做到性能優(yōu)良、運行穩(wěn)定?？梢宰龅叫阅軆?yōu)良、運行穩(wěn)定。 赤那思人將竭盡全力不斷更新技術(shù)和創(chuàng)新赤那思人將竭盡全力不斷更新技術(shù)和創(chuàng)新 產(chǎn)品來服務(wù)社會，肩負(fù)起時代賦予我們的產(chǎn)品來服務(wù)社會，肩負(fù)起時代賦予我們的 責(zé)任，肩負(fù)起行業(yè)領(lǐng)跑者的責(zé)任！責(zé)任，肩負(fù)起行業(yè)領(lǐng)跑者的責(zé)任！ 赤那思的質(zhì)量保證條款：赤那思的質(zhì)量保證條款： 赤那思在行業(yè)中首先提出所有產(chǎn)品質(zhì)保三年這樣的承諾，