諧波原理及抑制.ppt

1、諧波原理及抑制,內(nèi)容,1 - 基本概念 2 - 電力生產(chǎn)、配電和消耗各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的諧波干擾 3 - 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定 4 - 諧波對(duì)主要元件的影響 5 - 諧波抑制方案 5.1 - 防止和校正 5.2 - 有源濾波器 5.3 - 正弦波采樣理論,1 - 基本概念 目的:了解本課必備的基本概念,基本概念,線性負(fù)載 非線性負(fù)載,無(wú)諧波 電流包含諧波,線性負(fù)載概念: 負(fù)載被稱為“線性的”是指當(dāng)施加一個(gè)正弦波電壓時(shí)它吸收的電流也是正弦波的負(fù)載。 例, 白熾燈,加熱器, 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電機(jī)。 非線性負(fù)載概念: 負(fù)載被稱為“非線性”是指當(dāng)加上一個(gè)正弦波電壓, 它吸收的電流為非正弦的。 例, 計(jì)算機(jī), 啟動(dòng)時(shí)的電機(jī),

2、變頻器，節(jié)能燈，變壓器加電時(shí), 等。,電抗器飽和,基本概念,非線性，舉例,整流二極管,L = f (i),v L,i,R v,lil,L,v,i,v,i,v,i,wt,wt,非線性引起諧波表現(xiàn)為電流不再跟隨電壓的形狀, 即不是正弦波。,2P,P,間諧波 正弦分量不是基波頻率的整數(shù)倍。 次諧波 諧波分量頻率低于基波頻率 這兩類干擾是由各種設(shè)備吸收的功率為周期性或隨機(jī)變化引起的。 例: 電弧爐 電弧不穩(wěn)定 波形控制 循環(huán)變流器 頻率變換器 變頻器,基本概念,間諧波和次諧波,定義,傅立葉變換: 所有周期性的非正弦連續(xù)函數(shù), 可以被分解成無(wú)窮多的周期正弦函數(shù)的總和, 該正弦函數(shù)的頻率為基波頻率的整數(shù)倍

3、。,基本概念,f(t) = + ancos(nw1t) + bnsin(nw1t) 式中:w1 = (T 為周期) n 為正整數(shù) ao, an, bn 為博立葉系數(shù) ao = f(t).dt an = f(t).cosnw1t.dt bn = f(t).sinnw1t.dt,Y0 = 0 Yn =對(duì)于奇數(shù)次n Yn/Y1 =對(duì)于奇數(shù)次n,基本概念,定義,以方波為例,wt,基本概念,定義,逐次諧波畸變 n次諧波均方根與基波均方根值的比值 頻譜 諧波幅值和諧波次數(shù)的函數(shù)表示。各次諧波幅值表示為基波的百分?jǐn)?shù)。,非正弦周期量的均方根值 (RMS) Yrms = y2 (t) dt = (Yn)2 電壓

4、畸變 諧波均方根值與基波的比值 THD (%) = 100 * 對(duì)于 DIN 標(biāo)準(zhǔn), Y1 由 Y 的均方根值代替,基本概念,定義,1 T,T,0,n = n = 1,(Yn)2,n = n = 2,Y1*,基本概念,定義,功率因數(shù)和相移因數(shù) 功率因數(shù)是有功功率P與視在功率S的比值 相移因數(shù) cos j1 代表電壓與電流基波夾角的余弦。 P1 基波分量的有功功率 S1 基波分量的視在功率 畸變因數(shù) DF 是 PF 與 cos j1 之間的比值 峰值因數(shù)是峰值與周期量均方根值的比值,電壓與電流畸變的關(guān)系 電源阻抗 對(duì)于每個(gè)電流諧波In, 對(duì)應(yīng)該頻率的電源阻抗Zsn兩端存在諧波電壓Un Un=Zs

5、n.In 逐次諧波畸變 Hn= (U1: 基波值) THD (%) = 100 (Hn)2 在各次諧波頻率下的電源阻抗為電壓出現(xiàn)畸變的基本原因 結(jié)論: 如果電源阻抗低, 電壓畸變就低。,基本概念,電源阻抗,n = n = 2,發(fā)電機(jī)X”d=12%,阻抗和頻率的函數(shù)關(guān)系,基本概念,電源阻抗,等效圖 變壓器, 發(fā)電機(jī), 電纜,輸出阻抗與額定負(fù)載時(shí)輸出阻抗的比值,傳統(tǒng)UPS,變壓器Usc=4%,MLI UPS,UPS,150 100 50,50250500750,F (Hz),電流諧波畸變依賴于負(fù)載 電壓諧波畸變依賴于電源 較低的電源阻抗利于諧波電流流向電源, 但同時(shí)電壓畸變往往也較低 反之, 高電

6、源阻抗阻止諧波電流流向電源, 但電壓總畸變往往也較高 電源阻抗與總諧波畸變 (u, i) 之間的變化是非線性的,基本概念,電源阻抗對(duì)電壓和電流畸變的影響,基本概念,術(shù)語(yǔ),主要術(shù)語(yǔ),2 - 電力生產(chǎn)、配電和消耗各環(huán)節(jié) 產(chǎn)生的諧波干擾 目的:認(rèn)識(shí)干擾源的特點(diǎn),諧波干擾,電源,EJP,M,I,U,PSB,MV/LV,線性負(fù)載,在電網(wǎng)某一點(diǎn), 諧波畸變依賴于: 負(fù)載類型 電纜或?qū)Ь€ 變壓器接線類型和阻抗 電源阻抗,當(dāng)無(wú)載或線性負(fù)載時(shí), THD (U) 小于 4% 對(duì)于非線性負(fù)載, 畸變主要依賴: 采用技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)情況 (*) : 不同類型產(chǎn)品有很大不同 電源處諧波畸變一般不太突出,諧波干擾,電力生產(chǎn):

7、發(fā)電機(jī)和不間斷電源,諧波干擾,電力輸配,U,U,i,i,變壓器產(chǎn)生諧波: 奇次: 材料的磁滯現(xiàn)象 磁飽和 偶次 通電時(shí)飽和勵(lì)磁 變壓器對(duì)極性負(fù)載產(chǎn)生的偶次諧波敏感,(0),(b),整流型負(fù)載 產(chǎn)生很寬頻譜范圍 (3-15) 的奇次諧波電流 越來(lái)越多地使用 形成了重要的諧波污染源,諧波干擾,電能的消耗,87,64,38,15,1,7,% 100,50,0,1 3 5 7 9 11 13,N,i,理想狀態(tài): 電源側(cè)電感Lligne=0 In (theo) = , n = 6k+/-1 l5 (theo) = 20% l1l11 (theo) = 9% l1 l7 (theo) = 14% l1l1

8、3 (theo) = 8% l1 電源阻抗的影響,諧波干擾,不間斷電源供電: (用于直流電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)器) 帶阻感負(fù)載的三相六脈動(dòng)整流橋,所有帶前部整流的靜態(tài)轉(zhuǎn)換器都是潛在污染源(功率電源, 變頻器, UPS),諧波干擾,變頻驅(qū)動(dòng)器: (頻率轉(zhuǎn)換型)帶阻容負(fù)載的三相六脈動(dòng)整流橋,L ligne,THD(l) = 140 %,諧波干擾,諧波源,照明 放電燈 帶磁性鎮(zhèn)流器的熒光燈 (H3可達(dá)30%以上) 帶內(nèi)置電子鎮(zhèn)流器的熒光燈 (THD (I) 可達(dá) 140% 以上) 電弧爐 電弧是非線性的, 不對(duì)稱和不穩(wěn)定的 電流含有交流或直流分量 奇次和偶次連續(xù)頻譜 與整流器類似,FL FL FL,1 2

9、3 N,AC furnace,連續(xù)頻譜,1 2 3,*資料來(lái)源: “中壓配電網(wǎng)絡(luò)的諧波污染”, J.Lachaume, EDF DER Clamart.,第五次諧波 (電壓),諧波干擾,中壓電網(wǎng)的干擾,第五次諧波電壓的變化 在 HV/MV 主變電站的母線上測(cè)量,家用電器負(fù)載效應(yīng),4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5,4 8 12 16 20,t (時(shí)),H5 (%),諧波干擾,波形 總諧波畸變,調(diào)光燈,螢光燈,感應(yīng)燈,變頻器,開關(guān)電源,M,THD (i) %,中型負(fù)載 THD (i) %,THD (i) 電磁鎮(zhèn)流器 % THD (i) 電子鎮(zhèn)流器 %,THD (i) %,異步電機(jī) T

10、HD (i) (無(wú)載) % THD (i) 有負(fù)載 %,THD (i) %,3 - 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定 目的: 了解目前諧波的 標(biāo)準(zhǔn), 變化, 趨勢(shì), 及共識(shí),電磁騷擾: 所有可能會(huì)引起設(shè)備或系統(tǒng)故障的電磁現(xiàn)象。 電磁兼容性: 設(shè)備或系統(tǒng)可工作在滿意的環(huán)境中, 且不對(duì)環(huán)境中元件產(chǎn)生不能忍受的電磁騷擾。 抗干擾: 設(shè)備或系統(tǒng)在電磁騷擾出現(xiàn)時(shí)能正常工作的能力。,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,定義,各種干擾等級(jí),干擾等級(jí),抗干擾界限,敏感性水平 設(shè)備或系統(tǒng)可能誤動(dòng)或損壞的干擾水平 抗干擾水平 設(shè)備或系統(tǒng)能承受的正常干擾等級(jí) 電磁兼容性水平 在給定的正常環(huán)境中, 最大可出現(xiàn)的干擾等級(jí)。 輻射等級(jí): 用戶或設(shè)備規(guī)定的最大輻射等級(jí)

11、。,0,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)化共存,電能生產(chǎn) 輸配電 (EDF),消耗 用戶,相互影響,綜合考慮,產(chǎn)生和傳送電壓畸變 網(wǎng)絡(luò)改造,產(chǎn)生畸變電流 負(fù)載改造,相互影響,$,$,ZL,ZS,ZC,ZC,G,R,R,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,質(zhì)量等級(jí) 兼容性水平,* CIGRE: 國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì),低壓供電電網(wǎng) IEC 1000 - 2 - 2 標(biāo)準(zhǔn) CIGRE* 推薦 (Electra 出版, 第123期, 1989年3月) 中壓和高壓供電電網(wǎng) IEC 正起草中壓標(biāo)準(zhǔn) CIGRE 推薦 (Electra 出版, 第123期, 1989年3月) 中壓和低壓工業(yè)裝置 IEC 1000 - 2 - 4 標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,兼容

12、性水平,諧波次數(shù),公共電網(wǎng) ELECTRA 表,工業(yè)裝置 IEC 1000 - 2 - 4 表,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,狀況: 對(duì)每個(gè)用戶作出必要限制, 以避免進(jìn)行系統(tǒng)性的檢查, 因?yàn)殡妷夯円蕾囉陔娋W(wǎng)阻抗: 除非注入電流非常低, 一般來(lái)說(shuō)很難靠限制注入諧波電流來(lái)控制實(shí)際的電壓畸變。 利用限制諧波電壓來(lái)約束和懲罰用戶。 較公平的方法: 采用允許的干擾功率, 該功率大小正比于用戶實(shí)際消耗的負(fù)載功率。然而對(duì)于低壓網(wǎng)絡(luò), 該方法很難用于家庭, 故采用對(duì)家用電器產(chǎn)品產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行限制。,輻射等級(jí),標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,每相電流小于16A: IEC1000 - 3 - 2 規(guī)定對(duì)所有設(shè)備即功率范圍除大于 1kW 和小于功

13、率 75W (1999 年降低為50W) 的工業(yè)設(shè)備外, 其諧波水平應(yīng)滿足,低壓開關(guān)柜,每相電流大于16A: 目前無(wú)標(biāo)準(zhǔn), 但I(xiàn)EC 1000 - 3 - 4 正處于計(jì)劃中,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,無(wú)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)但對(duì)不同級(jí)別基本存在共識(shí) 第一級(jí): 自動(dòng)接受 根據(jù)電壓等級(jí)和干擾功率。 例如 EDF 干擾功率1% 正常情況下測(cè)量點(diǎn)最小短路功率。 作為擴(kuò)展, 如果總干擾功率小于 即視為可接受干擾,工業(yè)應(yīng)用,高壓4MVA 中壓500kVA 低壓40kVA,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,工業(yè)應(yīng)用,第2級(jí): 保留接受 當(dāng)超過(guò)前面限制時(shí), 供電部門通常在接入點(diǎn)定義總諧波畸變。如果這些等級(jí)被超過(guò), 供電部門保留要求附加補(bǔ)償?shù)臋?quán)利。,逐次畸變,

14、總畸變 q低壓 : 4% q中壓: 6% q高壓: 3%,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,第三階段: 例外但仍有可能接受當(dāng)超出第二級(jí)而沒(méi)有超過(guò)兼容性等級(jí)時(shí), 由于其它用戶不產(chǎn)生諧波, 則可以給予例外接受。,工業(yè)應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,表格,抗干擾水平,目前無(wú)正式標(biāo)準(zhǔn), 但對(duì)項(xiàng)目:77A (分委會(huì)) 99 有低壓裝置抗干擾性一般性要求。,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,1 - 諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響 目的 :掌握諧波對(duì)主要電氣元件的影響,敏感設(shè)備,電容器 變壓器 電動(dòng)機(jī) 中性線電纜 發(fā)電機(jī) 集中遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 可控整流器 UPS 系統(tǒng) 其它設(shè)備,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,電感,XL,XC,XL = L = (2 f) L,如 f 增加,如 f 增加

15、,基本概念 (I):特征阻抗,電容,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,XL,XC XL + Xc = 1 XL = Xc,LC r 2 =1,基本概念 (II):串聯(lián)諧振,電感和電容串聯(lián),諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,LC r 2 =1,基本概念 (III):并聯(lián)諧振,電感和電容并聯(lián),諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu),三相網(wǎng)絡(luò)的單線圖,Ssc上級(jí) 變壓器 Sn, Usc,諧波模型,電子整流設(shè)備,電容器,電機(jī), 電阻, 照明等,QCA,N Ssc HV Ssc Tr,N,N,N,Ih,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,w= 2p50網(wǎng)絡(luò)角頻率 SCCTR= = + SCCBT= 給定 LBT Q= Un2Cw給定 C P=

16、 給定 R l1=,頻譜: l3, l5, l7, .ln,計(jì)算模型,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,放大系數(shù)FA,陷波電路阻抗,FA=,lZl,Scc,L,Q,C,P,R,lh,Scp,B,A,O,A,w,w,R,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,共振角頻率 放大因數(shù) 其它公式,陷波電路的特性,Ssc,L,Q,C,P,R,lh,Spl (Spl 是 S 污染負(fù)載),FA = R,hR = FA =,wR =,1 LC,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,Q,C,lh,共振時(shí)發(fā)生了什么？,lh,- j F a lh,j F a lh,諧振時(shí), 存在: 負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流 In 電容器中流過(guò)的諧波電流 FA x Ih 電源、變壓器

17、和中壓網(wǎng)絡(luò)的諧波電流 FA x Ih 結(jié)論: 電容器放大了污染源注入的諧波電流,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,數(shù)值計(jì)算,計(jì)算諧振次數(shù) BB Ssc= 20MVA BB Q= 400 kVAR 計(jì)算放大因數(shù) BB Ssc= 20MVA BB Q= 400 kVAR BB P= 400kW,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,諧波電壓源的激勵(lì),圖形,諧振 結(jié)論: 電容器放大已經(jīng)存在于網(wǎng)絡(luò)中的諧波電壓。,k (w),k,50 Hzk wr w,UHT,UBT,變壓器 (k 理論變比),C,電容器,負(fù)載,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,諧波次數(shù),電容器諧波阻抗,12345678910,h,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,電容器能承受的過(guò)載,標(biāo)

18、準(zhǔn) 中壓: IEC 871 低壓: IEC 831 和 C 54 - 104,電容器可接受: 1.1倍額定電壓: 中壓 12h/24h 低壓 8h/24h 1.3倍連續(xù)額定電流 兩個(gè)條件不能同時(shí)存在,電容器組,v i,v i,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,諧波對(duì)電容器的影響,確定電容器耐受電壓必須考慮諧波 當(dāng)總諧波電流畸變超過(guò) 83%, 電容器因諧波過(guò)載會(huì)產(chǎn)生超過(guò)允許的溫升 準(zhǔn)則: 不要把電容器連接到電壓總諧波畸變超過(guò)8% 的系統(tǒng)上。,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,練習(xí)4:計(jì)算存在諧波電流時(shí)的無(wú)功功率補(bǔ)償,變壓器中的損耗,銅損 Pcu = R x l2 RMS 鐵損 = 磁滯損耗 + 渦流損耗,諧波對(duì)電氣設(shè)備

19、的影響,變壓器能承受的過(guò)載,標(biāo)準(zhǔn) NFC 5214 例如: In 額定電流 50Hz 時(shí) Ii I次的諧波電流 那么 ti = 變壓器降容系數(shù)為:,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,數(shù)值計(jì)算,帶有多項(xiàng)整流橋的1000 kVA 變壓器產(chǎn)生以下諧波: H5 = 25%, H7 = 14%, H11 = 9%, H13 = 8% k=1+0,1x(51.6x0.252+71.6x0.142+111.6x0.092+131.6x0.082)-0.5 計(jì)算得 k=0.91 變壓器應(yīng)被限制在 910 kVA,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,三次諧波的特點(diǎn),V1,V2,V3,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,三次諧波通路和測(cè)量,可在 3Ph

20、 + 中線間流通 上級(jí)/下級(jí)間可通過(guò) D/Y變壓器實(shí)現(xiàn)耦合 諧波電壓可在相與中線間測(cè)量 (只適用于電壓測(cè)量),諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,三次諧波和中性線導(dǎo)體,三次諧波電流的出現(xiàn)有必要擴(kuò)大中性線導(dǎo)體的截面 (見 NFC 15 100 第五部分 ) 熒光燈 l3 - 0.3l1 ln = 3 x 0.3l1 lpn = l12+ (0,3l11)2 0.8,電子供電電源 l3 - 0.7l1 ln = 3 x 0.7l1 lpn = l12+ (0,7l1)2 1.7,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,IT = 1, 11 IF = 39 A,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,IT = 8, 36 IF = 33, 4 A,相線電流總諧

21、波畸變,中性線 電流總諧波畸變,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,二次諧波 (3k-1),n (3k-1) 次諧波形成反向的三相系統(tǒng) (負(fù)序諧波) 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,I2,I3,H2,H1,I1,H1,H2,H1,H2,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,三次諧波 (3k),(3k) 次諧波形成純零序系統(tǒng) 無(wú)轉(zhuǎn)矩,I2,I3,H3,H1,I1,H1,H3,H1,H3,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,四次諧波 (3k + 1),(3k+1) 次諧波形成正向的三相系統(tǒng) (正序諧波) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩,I2,I3,H4,H1,I1,H1,H4,H1,H4,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,三相系統(tǒng)的諧波電流,負(fù)載 1,負(fù)載 2,負(fù)載 3,3 . Ih3k,3

22、. Ih3,IF IF Ih3 Ih5,Ih5,Ihn Ih (3k + 1),N 1 2 3,1 2 3,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,諧波對(duì)異步電機(jī)的影響,IRMS I1 (產(chǎn)生有功轉(zhuǎn)矩) 定子繞組附加溫升 變壓器產(chǎn)生附加鐵損 正向或反向脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩 電機(jī)效率下降 不正常振動(dòng) 轉(zhuǎn)子附加溫升 過(guò)早老化 簡(jiǎn)單規(guī)則 異步電機(jī)端子處電壓畸變不超過(guò) 10% (IEC 38 導(dǎo)則 106),HVF = 0.02 (IEC 34-1) HVF:諧波電壓因數(shù), S n = 2,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,數(shù)值計(jì)算,計(jì)算由電壓總諧波畸變?yōu)?0%的母排供電的異步電機(jī)的HVF 值, 其中各次電壓畸變值分別為: 7% 的 Uh5

23、5% 的 Uh7 5% 的 Uh11 HVF = + + = 15.6 HVF = 4%,諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,諧波對(duì)發(fā)電機(jī)的影響,IRMS I1 定子繞組的附加溫升 附加鐵損 脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩 電子勵(lì)磁調(diào)節(jié)器誤動(dòng) 不正常振動(dòng) 阻尼繞組的附加溫升 過(guò)早老化 簡(jiǎn)單規(guī)則 發(fā)電機(jī)不要超過(guò) 20% 的非線性負(fù)載 如果非線性負(fù)載所占比例為 20 至 30%, 一些生產(chǎn)廠商聲明應(yīng)降容 10% 超過(guò)這個(gè)數(shù)值, 則應(yīng)把裝置和它們吸收的電流實(shí)際頻譜進(jìn)行比較分析 各次諧波不應(yīng)超過(guò),諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,對(duì)其它設(shè)備的影響,對(duì)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的污染影響 (參見標(biāo)準(zhǔn) CC ITT) 報(bào)警裝置誤動(dòng) 采用非真實(shí)有效值測(cè)量導(dǎo)致脫扣器誤動(dòng)

24、靈敏電子系統(tǒng)的誤動(dòng),諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響,5 - 1 解決方案目的 : 掌握電網(wǎng)諧波干擾的治理方案,解決方案,可能的解決方案,降低諧波阻抗 對(duì)諧波進(jìn)行失諧處理 安裝諧波抑制電抗器 用濾波器限制諧波 并聯(lián)諧振 2 次諧波阻尼濾波器 其它類型的濾波器 有源濾波 限制諧波 平滑電流,解決方案,諧波抑制電抗器,目的: 調(diào)整電感 Lah 的值使注入電容器的高次諧波電流因失諧而減少。 方案: 與電容器串聯(lián)安裝諧波抑制電抗器 典型調(diào)諧頻率: 2.7 次諧波, 即 135 Hz, 假如首要諧波為 3 次的話 3.8 次諧波, 即 190 Hz, 假如首要諧波為 5 或 5 次以上 (低壓) 4.5 次諧波,即

25、 225 Hz, 假如首要諧波為 5 次 或 5 次以上 (中壓) 諧波電路頻率調(diào)整為抗失諧頻率 (最大等效阻抗) 調(diào)諧諧波抑制電抗器和電容支路的振蕩頻率為諧振頻率,解決方案,諧波抑制電抗器 (續(xù)),線1,等效諧波電路,圖,L,C,Lah,r,R,lh,lZl,f (Hz) 2f = 10% 最小,far,fr,R,解決方案,諧波濾波器,目的: 諧波濾波器回路發(fā)生串聯(lián)諧振以減小電壓畸變 方案: 抑制電抗器和電容器串聯(lián)回路調(diào)整至對(duì)諧波含量豐富的次數(shù)發(fā)生諧振。 典型調(diào)整頻率 250, 350, 550, 650 Hz (5, 7, 11 和 13次) 頻率調(diào)整至諧振頻率 (最小阻抗) 吸收電網(wǎng)中存

26、在的諧波可能引起電容器的額外溫升。 次數(shù)為抗失諧頻率的諧波必須盡可能濾去以免放大該頻率的畸變電壓。,不同類型的濾波器: 并聯(lián)型 阻尼型 其它無(wú)源型 有源型,解決方案,并聯(lián)諧振,等效諧波電路,圖,(L = Lsc 電網(wǎng) + Lsc 變壓器),結(jié)論: 必須檢查以便失諧頻率與諧波含量豐富的頻率分開 濾波頻帶寬度通常很窄, 故需要調(diào)整電感的值 吸收電網(wǎng)中存在的諧波可能引起電容器的附加溫升,lZl W,R,線 1,線 2,- r,far,fr,f (Hz),0,R,lh,L,Lsr,C,r,解決方案,并聯(lián)諧振,已存在諧波的吸收,供電電壓質(zhì)量的惡化可能導(dǎo)致并聯(lián)濾波器過(guò)載,無(wú)載諧波電壓測(cè)量,帶載諧波電流 測(cè)

27、量,頻率 h 時(shí)短路,Lsc wh,IRh,Ih,URh,Lsr,C,解決方案,阻尼濾波器 (高通),等效濾波電路,(l = Lsc 電網(wǎng) + Lsc 變壓器),圖形,R,lh,L,LFa,C,r,RFa,解決方案,改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低敏感,網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有進(jìn)行預(yù)先考慮,不敏感網(wǎng)絡(luò),MV 網(wǎng)絡(luò),(1% 畸變),網(wǎng)絡(luò) A,LV,網(wǎng)絡(luò) B,LV,(5 8% 畸變),lh,lh,MV 網(wǎng)絡(luò),(1% 畸變),網(wǎng)絡(luò) A,LV (1%畸變),網(wǎng)絡(luò) B,BT,(8 - 10% 畸變),lh,lh,MV 電容器,A,對(duì)諧波敏感設(shè)備,敏感負(fù)載,不敏感負(fù)載,解決方案,t : 電壓總諧波畸變A : 敏感負(fù)載 : 污染負(fù)載,如

28、何給敏感負(fù)載供電,輻射型電網(wǎng)優(yōu)于串聯(lián)型,電氣計(jì)算圖,A,A,A,lh,t1,Lw1,t2,Lw2,t3,T1,t4,network,Lw1,Lw2,t1,t3 t2,t2,t5,T1,t4,# t4,T2,t5 t4 t3 t2 t1,A,解決方案,諧波抑制,原邊,副邊,L1 = l1A = l1B,1,2,3,1,2,3,ln,ln,ln,ln,n,ln,ln,ln,1,2,3,B,解決方案,諧波抑制,+,安裝功率變換器,安裝自耦功率變換器,-,+,-,a1 = 0,a2,an,解決方案,LF 諧波小結(jié),解決方案,多種諧波源,代表 h 次諧波電流的矢量,諧波電流的重構(gòu)是由于污染類型的復(fù)雜性,

29、 變壓器額定值和導(dǎo)體特性決定的。,Ih 總,Vh 總,1,2,3,解決方案,5 - 2 有源濾波器目的: 了解各種類型的 有源濾波器及其原理,原理,定義,有源濾波器是一種靜態(tài)轉(zhuǎn)換器, 即向網(wǎng)絡(luò)注入與諧波幅值相同但相位相反的諧波, 從而得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。,并聯(lián)型有源濾波器,原理,有源濾波器注入構(gòu)成負(fù)載諧波的電流。 (同樣幅值和相反相位),有源濾波器,電源,負(fù)載,If,Ic,Ih,測(cè)量結(jié)果,條件: 與 “3Ph UPS”型負(fù)載成 “并聯(lián)”結(jié)構(gòu),三相(20KVA UPS)負(fù)載電流,電源電流(補(bǔ)償),有源濾波器電流,結(jié)構(gòu),至電源,變換器,濾波,監(jiān)測(cè) Vc,設(shè)定點(diǎn),控制和監(jiān)測(cè),測(cè)量I1, I2, I3,

30、Vc,至負(fù)載,串聯(lián)有源濾波器/并聯(lián)無(wú)源濾波器的組合,無(wú)源濾波,有源濾波器像一個(gè)阻抗: 對(duì)基頻電流呈現(xiàn)很低的阻抗 對(duì)諧波分量呈現(xiàn)很高的阻抗,原理,電源,負(fù)載,有源濾波,主要結(jié)構(gòu)類型及其組合,只有有源濾波,并聯(lián)無(wú)源和串聯(lián)有源濾波器,有源和無(wú)源濾波器串聯(lián),有源和無(wú)源濾波器并聯(lián),A.F.,A.F.,A.F.,A.F.,5 - 3 正弦波采樣目的: 了解正弦波采樣原理,單相整流器,C Vs:連續(xù)電壓校正器C iL:iL 電流校正器M:調(diào)制器X:乘法器,圖,常用典型圖型,iL,L,i,D,il,el,v,u,+,-,us,G,Ref iL fixed,Ref Vs,CVs,X,C iL,M,Vs,el,0

31、,P,2P,wt,il,0,P,2P,wt,v,iL,P,2P,wt,u,P,2P,wt,P,2P,wt, V,Vs,6 - 1 變頻器,變頻器供電,線性負(fù)載,由用戶考慮安裝方式,敏感負(fù)載,180 kW,180 kW,M,M,2000 kVA Usc 6%,THDU = 3.52% ( 1.6%) 20 KV Psc = 120 MVA 400 V THDU = 16% (8%),EDF,建議用戶采用方式,180 kW,180 kW,M,M,630 kVA Usc 6%,20 KV Psc = 120 MVA THDU = 0.8% / 1%,EDF,線性負(fù)載和敏感負(fù)載,變頻器供電,630 k

32、VA Usc 6%,630 kVA Usc 6%,Dyn 11 THDI = 79% THDU = 12%,DD0 THDI = 79% THDU = 12%,THDU 4%,6 - 2 UPS,存在裝置： 研究目的： 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 8% 頻譜,高層建筑物上安裝的 UPS 系統(tǒng),傳統(tǒng) UPS200 kVA400 V 50 mm2 60 米 TNC S 中線 = S 相線 60 kVA,傳統(tǒng) UPS200 kVA400 V THDU = 9.4%THDV = 12.26% 50 mm2 60 米S 中線 = S 相線 THDU = 10.44%THDV = 15.84%THDI = 79% 6

33、0 kVA,高層建筑物上安裝的 UPS 系統(tǒng),結(jié)果分析,帶波形補(bǔ)償?shù)?UPS 200 kVA400 V 50 mm2 60 米 TNC S 中線 = S 相線 60 kVA,高層建筑物上安裝的 UPS 系統(tǒng),建議的解決方案: 采用 MLI UPS 升級(jí),THDU = 4.22%THDV = 6.3%,THDU = 5.6%THDV = 10.7%,UPS 100 kVA,高層建筑物上安裝的 UPS 系統(tǒng),THDU = 2.6%THDV = 6.5%,Dyn100 kVAUsc 6%THDU = 5.3%THDV = 6%,50 mm2 60 米 TNC S 中線 = S 相線,30 kVA,3

34、0 kVA,THDU = 2.1%THDV = 4.4%THDI = 33.7%,UPS 100 kVA,高層建筑物上安裝的 UPS 系統(tǒng),有源補(bǔ)償裝置的另一種解決方案,Thdu 和 v 4% 50 mm2 60 米 TNC S 中線 = S 相線 Thdu 和 v 4% 60 kVA,AC 30 A,6 - 4 功率補(bǔ)償目的: 通過(guò)施耐德開發(fā)的 “諧波”軟件對(duì)實(shí)例進(jìn)行研究,無(wú)功功率補(bǔ)償,電路圖,熒光燈 100 kA,3 x 120 mm2 50 m 半中線,3 x 150 mm2 Cu 60 m,20 kV 90 MVA 400 kV A/Usc = 4%,EdF,M,400 V,Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3%,無(wú)功功率補(bǔ)償,電路圖,熒光燈 100 kVA,3 x 120 mm2 50 m 半中線,THDU = 6% 3 x 150 mm2 Cu 60 m THDU = 7.6%,20 kV 90 MVA THDU = 0.6% 400 kV A/Usc = 4%,EdF,M,400 V,Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3%,電路圖,熒光燈 100 kVA,