谐波滤波的技术讲座

谐波滤波技术主讲人：张宗有西安森宝电力电子设备有限公司目录1.谐波的概念1.1谐波的定义1.2谐波的表示1.3谐波的标准1.4谐波的危害1.5产生谐波的常用设备及谐波量估算2.谐波的原理2.1叠加原理计算谐波2.2系统阻抗对谐波分流的影响2.3现代整流机组的抑制谐波2.4单调谐滤波器2.5二阶高通滤波器2.6C型高通滤波器2.7第三绕组滤波2.8与其他用户公用母线的滤波器3.无功补偿与滤波的关系3.1无源滤波兼具无功补偿3.2失谐滤波器3.3调谐滤波器3.4调谐滤波器的分组投切4.有源滤波器4.1低压有源滤波器4.2高压有源滤波器5.滤波器的典型接线与布置5.1低压滤波器5.210kV高压滤波器5.335kV高压滤波器5.4110kV高压滤波器6.滤波器设计所需资料1.谐波的概念1.1谐波的定义对于周期变化的非正弦波，可用傅立叶级数进行分解为：10sincosnnntnbtnaatU或：10sinnnntncatU式中：nnnbac)(nnnbaarctgnnncasinnnncbcosn=1为基波频率为大于1的整数倍基波频率的分量称为谐波1.2谐波的表示)(100001UUHRUnn)(10000122IITHDnnia)n次谐波电压含有率：b)n次谐波电流含有率：)(100001IIHRInnc)电压谐波总畸变率：d)电流谐波总畸变率：)(10000122UUTHDnnU1.3谐波的标准电网标称电压kV电网总谐波畸变率0/0各次谐波电压含有率，0/0奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8a)公用电网谐波电压（相电压）限值：b)谐波电流允许值23456789101112131415161718192021222324250.381078623962254419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.794.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.262.85.42.62.92.34.52.14.13525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1625.49.34.14.33.35.92.752.32.623.81.83.41.61.91.52.81.42.6标准电压kV基准短路容量，kVA注：220kV基准短路容量取2000MVAC)当电网公共连接点的最小短路容量不同于上表的基准容量时，按下式修正表中的谐波电流允许值：hpkkhISSI212KShpI式中：hI1KS—公共连接点的最小短路容量，MVA—基准短路容量，MVA—上表中的第h次谐波电流允许值，A—短路容量为SK1时的第h次谐波电流允许值。d)在共同连接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值（Ihi)按下式计算：/1)/(tihhiSSII式中：Si—第i个用户的用电协议量，MVASt—公共连接点的供电设备容量，MVAα—相位叠加系数，按下表取值，21.91.81.41.21.1α9,|13|偶次1311753h1.4谐波的危害1.对供配电线路的危害（1）影响线路的稳定运行（2）影响电网的质量2.对电力设备的危害（1）对电力电容器的危害（2）对电力变压器的危害（3）对电力电缆的危害（4）对弱电系统设备的干扰（5）影响电力测量的准确性1.5产生谐波的常用设备及谐波量估算类型特征谐波6脉整流：5，7，11…=6k±112脉整流：11，13，23…=12k±148脉整流：47，49，95…=48k±12，3，4，5，6，7次谐波发生量估算I5=1/5I1I7=1/7I1I11=1/11I1I13=1/13I1Ih=1/hI1I2=1.5～3.2%I1I3=3.5～6%I1I4=0.7～1.1%I1I5=2.8～5%I1I6=0.5～0.6%I1I7=0.5～1.5%I12.滤波的原理2.1叠加原理计算谐波（a)工频电源的作用（b)谐波电流的作用滤波器组用户负荷Um（a）工频电源的作用Xs滤波电流源滤波器组系统阻抗（b）谐波电流的作用2.2系统阻抗对谐波分流的作用Is(h)=Ih×Zf(h)/（Zs(h)+Zf(h)）Is(h)—流入系统的h次谐波Ih—谐波负载产生的h次谐波电流Zf(h)—h次频率下的滤波器等效阻抗ZS(h)—h次频率下系统阻抗XsPCC点ZfIh3Ih2Ih12.3现代整流机组的抑制谐波a)2台变压器星三角变换移相30度组成12脉整流。I1(6)=ImSin(6ωt+0)I1(6)=ImSin6(ωt+30)=ImSin(6ωt+180)I1+I2=000300公式列表接线原理图b)4台12脉机组移相7.5度组成48脉整流I1(12)=ImSin(12ωt+0)I2(12)=ImSin12(ωt+7.5)=ImSin(12ωt+90)I3(12)=ImSin12(ωt+15)=ImSin(12ωt+180)I4(12)=ImSin12(ωt+22.5)=ImSin(12ωt+270)I1+I2+I3+I4=0007.5015022.50公式列表接线原理图2.4单调谐滤波器hhfChLhjRZ1001hhChLh0RZf全调谐时：hsSfIjhXRjhXI0hssIjhXRRI00shsjhXRRII00shhnXCnLn1hshCXLn1发生并联谐振的条件：并联谐振举例：一个100MVA的10kV系统，电容补偿量为3000Kvar时，基波容抗为：XCKX1310272.3404.013102CX1248.3)4104.04(72.34)4(CXKX为电抗率对5次滤波器，KX=4%，则：假如负荷产生2A的4次谐波，则在4次谐波频率下滤波器的阻抗为：负数为容性200HZ下系统阻抗为：4100104)4(2SX此时流入系统的4次谐波电流为：AIS14.71248.341248.32)4(如果系统短路容量正好为128MVA，则：1248.3128104)4(2SXIS（4）∞放大3.57倍2.5二阶高通滤波器)(111)()(222LhKKjRKLhjRLhjRZLLhRK电感并联的等效阻抗：式中：a)不并电阻的频率曲线b)并电阻后的频率曲线2.6C型高通滤波器2.7第三绕组滤波器2.8与其他用户共用母线的滤波器当某个用户的电源进线侧安装滤波器时，如果同一个母线上还有其它滤波用户（见下图），则由于滤波器的调谐频率下的阻抗远低于系统阻抗造成母线上的所有谐波流入滤波器，此时在PCC点测得的谐波电流就有可能是其它谐波源流过来的，而不是该用户流入系统的。此时判断滤波器是否有效的依据应是母线上谐波电压畸变率的下降而不能依据PCC点测得的谐波电流大小。上图中，当Zf(h)Xs(h)时，Ih1、Ih2、Ih3的大部分都流入滤波器，此时在PCC点测得的电流为Ih1+Ih2。XsPCC点ZfIh3Ih2Ih13.无功补偿与滤波的关系3.1无源滤波器兼具无功补偿在供电压下，由于滤波器的容抗远大于感抗，即1/WCwL,而Qc=Un×Un1/wC-wL所以无源滤波器总是会输出容性无功滤波器兼具补偿的原理3.2失谐滤波器当谐波负荷产生的谐波电流不超标时，安装的电容器可以采用失谐滤波器，此时电容器只要抑制谐波不放大即可，电容器只吸收少量的谐波。例如只产生5次及以上谐波的用户，可以将滤波器的调谐频率调至4.08次，这样在5次及以上滤波器的阻抗呈感性且大于系统阻抗，所以吸收的谐波电流很少，而且不会在5次以及以上频率下发生并联谐振。3.3调谐滤波器当谐波负荷产生的谐波电流超标时，安装的电容器必须采用调谐滤波器，调谐滤波器就是在最大的几个特征调谐频率下必须使滤波器的阻抗远小于系统阻抗，使这些谐波电流都流入滤波器。3.4调谐滤波器的分组投切特别是在低压分组投切的情况下，分组自动投切往往是逐组试探往上投直至无功平衡才停止进一步投入，当投入第一组时，所有的滤波电流都将流入该组滤波器。如果单组滤波器容量不够将会导致滤波器的烧毁。另外各组滤波器的阻抗不可能调整到完全一致，这也会产生谐波电流在个组间分流不均的现象。因此，采用分组投切时，第一组的容量必须足以承受全部的滤波电流的流入，而且在无功过补时也不能切除。除非负荷已完全停止工作，在过补的情况下为了确保滤波效果，建议并联电抗器仅补无功或采用有源滤波器。4.有源滤波器4.1低压有源滤波器有源电力滤波器（APF：ActivePowerFilter）采用并联的方式，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变换技术，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入供配电系统中，实现滤除谐波、动态补偿无功的功能。低压有源滤波原理图特点：1．实时跟踪、动态补偿2．谐波无功同时补偿3．DSP智能监控4．电流跟踪控制4.2高压有源滤波器高压有源滤波器是在已有的成熟的低压有源滤波器技术通过隔离变压器以及高压电容器直接注入高压母线实现的。负荷6-35母线低压有源滤波器5.滤波器的典型接线及布置5.1低压滤波器5.210kV高压滤波器10kV一次接线图5.335kV高压滤波器5.4110kV高压滤波器6.滤波器设计所需资料1.系统参考图(a)整流型负荷（含中频炉）(b)电弧型负荷2、短路容量（如已有厂内进线的，可以不填总进线的）3.变压器短路容量进线厂内母线最大（MVA)最小（MVA)名称变比容量（kVA）台数阻抗电压（％）脉动数过负荷倍数主变整流变电弧变4、如果有两台及以上主变主变运行方式（打“√”）：□分列运行□并列运行5、有多台整流变时单台整流变的脉动数是（打“√”）：□6脉□12脉所有整流变组成的脉动数：。6、滤波器安装位置：□低压□高压7、滤波器接入电压（kv）：。负荷情况1.已安装电容器情况接线系统电压（kv）容量（kvar）组数电容器额定电压（kv）电抗率（％）2、自然功率因数：。3、总进线处平均电流：。4、月电费单总有功千瓦时（Kw.h）。5、月电费单总无功千乏时（Kw.h）。6、负荷波动情况（打“√”）□大；□中；□小；□快；□中；□慢7、要求补偿后的功率因数：。结束语森宝电力电子设备有限公司致力于与用户建立战略联盟，为用户提供可靠的产品，优质的服务和整套解决方案，为建设节能型社会做出贡献。谢谢！