谐波治理

讲解内容有源电力滤波器应用实例有源电力滤波器工作原理谐波治理方案谐波的产生谐波产生的危害HAERBINWEIHANELECTRICEQUIPMENTCO,.LTD.引言随着科学技术的发展，各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及开关电源等大规模使用，使得电力系统中谐波成份显著增加。其负面效应日益显见。“谐波污染”已经成为影响电能质量的主要因素之一，因此进行谐波治理也成为了现代电力生产发展的迫切要求。谐波的基本概念目前国际普遍定义谐波为：harmonicsdistortedwavefundamental谐波定义为：电气量频率为基波整数倍的正弦波分量。对于我国使用的50Hz电源来说基波为50Hz，3次谐波为150Hz,5次谐波为250Hz,以此类推。基波叠加5次和7次谐波谐波源种类整流电路交流调压电路交－交变频电路产生大量的谐波谐波危害谐波影响电动机效率和正常运行，寿命缩短加速电容器老化继电保护装置误动作容易引起局部谐振影响通信系统的正常工作增加变压器和线路损耗谐波对电容的影响1CZC2f电容器对高次谐波呈现低阻抗特性谐波电流会更多的流过电容器，使电容器长期工作在过载情况，导致电容器寿命缩短，甚至烧毁。补偿柜投不上、电容器嚣叫。谐波对电容的影响谐波源系统侧1、补偿投入时熔断器烧坏；2、导致电容器击穿；3、补偿柜投不上；4、使电容器击穿甚至爆炸；hIC谐波对电机的影响•电动机转矩产生脉动•起动和运行性能变坏•电动机的损耗增加•温升增加，缩短电动机的使用寿命•减少电动机的出力•产生机械振动和噪声谐波对电网的影响•谐波的集肤效应使谐波电阻比基波电阻增加很大，因此谐波引起的附加损耗也有所增加。•谐波源发出的谐波有功功率也给接在电网上的其他用电设备带来危害，并增加功率损耗。•磁吹线圈不能正常工作，导致短路器无法断开以至损坏。•导致中线过载过热、绝缘损坏，发生短路，引起火灾。谐波对保护、通讯、测量的影响•谐波将导致保护装置受到干扰而误动或拒动，可靠性降低。•当有谐波存在时，将导致产生测量误差。•信息化设备无法正常工作。•系统(电网)不稳定，用电设备无法正常运行。•精密、精细加工工艺流程无法正常生产。导致结果：设备发热，效率降低，异声及振动，绝缘老化及至击穿，缩短使用寿命，严重时导致电气火灾事故。谐波对继电保护装置的影响谐波对用户的危害设备产品费用支出安全谐波导致系统中电容器的老化、电抗器烧毁、损坏电动机、危害变压器产生过热、损坏通信设备、加速电缆老化。谐波影响生产线的安全稳定运行，导致产品质量下降，例如：造纸、纺织、等精密生产行业等。谐波增加线路损耗、导致用户用电费用增加，设计容量提高。谐波导致继电保护装置的误动作和据动作，控制柜无法正常工作，存在谐振危险，增加电火灾的可能等。国内相关政策法规•a、1993年国家技术监督局制定颁布了GB/T14549---1993《电能质量公用电网谐波》标准，作为对电力系统产品电能质量的要求，规定了公用电网谐波电压（相电压）限值，作为限制用电户谐波污染的排放。对于用电户，一则要求购置的用电设备先进合理设计，产生的谐波电流符合GB17625.1—1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限制值标准》。二则对于不能满足要求的用电户，要求安装电力谐波滤波器。•b、1995年国家通过了《电力法》，并于1996年4月1日起实施。《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），在电能质量治理上必须遵循《电力法》规定，“谁污染、谁治理”的原则。对于新投产的项目，必须根据用户用电负荷性质给电能污染造成的程度，加装消除电能污染的设备。•c、1998年，电力工业部颁发了《电网电能质量技术监督管理规定》（电综（1998）211号文），该文规定了国家电力公司是负责全国电网电能质量技术监督管理部门，以各级电力调动部门为中心，逐步加强对电能质量指标的全面运行监测。•d、2001年，国家电力公司下发了《关于进一步提高用户电压质量管理的指导意见》，规定供电部门应对配电区的电压质量进行24小时轮测，发现电能污染超过“标准”的用户应采取措施，加装抑制谐波及功率因数补偿设备，必要时依据《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），运用法律手段治理电能污染。国内相关政策法规•1．国家标准对谐波的要求：1）、谐波电压限值《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93公用电网谐波电压（相电压）电网标称电压kV电压总谐波畸变率%各次谐波电压含有率：%奇数偶数0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8•1．国家标准对谐波的要求：2）、谐波电流允许值注入公用连接点的谐波电流允许值注：谐波电流允许值谐波治理治理谐波无源电力滤波器利用电容器、电抗器和电阻器的适当组合而构成的滤波装置。其具有结构简单、维护方便等优点,但只能抑制固定次谐波、其滤波效果受系统阻抗及频率变化影响、且体积庞大、易与系统发生谐振。有源电力滤波器其基本原理是产生一个与负载谐波电流具有幅值相同而相位相反的补偿电流，与负载谐波电流相抵消以达到消除谐波的目的。是一种积极的谐波消除方式，滤波器效果较无源滤波器好。1()fnZRjnLnCfnZLC无源滤波简介LC无源滤波简介0f0fZ-XCXLXL=ωL=2πfLXC=1/ωC=1/2πfCLCLC无源滤波简介负载电网sZfnZhIsZfnZ容易谐振容量固定参数易变化效果不好！消耗大量有色金属LC缺点不能完全滤除谐波LC缺点一hI5ZLC滤波支路是低阻分流原理，支路电阻与变压器内阻并联，反比分流，滤波效果在50％左右，不高需要多个滤波通道LC缺点二LCLC谐波源7次滤波13次滤波LCLC11次滤波5次滤波I5I7I11I13滤波器分组设计，占地面积大LC缺点三H5H7H11HP13LC1.滤波电抗器一般做成空芯的比较多，不宜放在柜内，2.占地面积大，不宜管理。噪声也不小。HAERBINWEIHANELECTRICEQUIPMENTCO,LTD.谐振点容易变化fnZ1()fnZRjnLnCfnZnnLC缺点四谐LC调谐支路采用滤波电容器，有电容器必定会发生电容器容量衰减，造成谐振点偏移，滤波效果大大降低，这就可以解释为什么无源滤波装置在使用二、三年后感觉效果不如刚投入使用时的效果。在衰减严重情况下，LC非但不能滤波反而将谐波放大，与系统发生谐振，引起重大供电事故。容量固定LC缺点五滤波装置的设计容量和滤波次数一定要和实际负荷状态匹配，如提前设计，对负荷的谐波状况可能掌握不那么准确，设计容量大了，会出现过补，高次滤波支路投不上；设计容量小了，会出现滤波支路过载，烧毁滤波电容器或电抗器，造成麻烦。高功率因数场合滤波困难LC缺点六滤波支路接入的同时，滤波电容器的基波补偿容量也送入系统。某些需要滤波的场合，功率因数就非常高，例如进口变频器，这类负载本身的功率因数高达0.95以上，满载时能达到0.99以上，但自身没有采取谐波滤波措施，变频器工作电流中含有约30％谐波电流。在这种情况下滤波装置的全部投入会造成系统容性无功过补，这是很危险也是不允许的，这样往往需要再安装电抗器，投入感性无功去抵消过补的容性无功。QPQCQF轻载时高次滤波支路投不上LC缺点七在轻负载情况下，系统内仍有谐波存在，但11次、13次滤波支路就可能投不上，原因是基波无功过补了。LCLC谐波源7次滤波13次滤波LCLC11次滤波5次滤波I5I7I11I13在一个系统内不宜设置多处滤波LC缺点八已经投产，发现滤波容量做小了，或者用户要扩产增容，增加了非线性负荷的容量，需要增加滤波器的容量。这时单靠增加并联滤波电容器的数量是解决不了滤波增容问题，原因电抗器不匹配了，不推荐同一滤波次数的多台滤波器并联使用，整套装置要推倒重来。LC缺点九滤波装置各支路的投、切原则必须遵循：先低后高投入，先高后低切除。不遵循这一原则会造成电容支路过载，烧断熔丝，故障保护等情况出现。滤波装置各支路的投、切必须遵循原则LC缺点十LC滤波器的滤波效果会受到电网频率波动的影响，还与电网电压的波动有关，系统中大负载的启用会造成系统电压跌落，功率因数偏低，谐波量达到高潮的时候，是最需要电容器满负荷输出，但恰恰电容器容量输出是最小的，原因是：我们知道电容器输出容量与电容器两端的电压平方成正比，由于系统电压的跌落，电容器输出容量平方关系下降，指望不上。这段时期的电能质量会非常差。•对于特殊的谐波、或当系统阻抗和频率变化时，与电源阻抗发生的并联谐振会导致谐波电流放大，使电路无法正常工作。LC滤波器的滤波效果会受到电网参数的影响，无谐振灵活效果好无过载动态连续有源电力滤波器优点APF优点并联与谐波源并联，为谐波提供通路，起到“疏”作用，具有投切方便、保护简单的优点。工业多采用此方案。串联串联于电源与负载之间，阻止负载谐波流入系统，起到“堵”作用。但投切、退出和保护比较复杂。混合无源滤波器和有源滤波器的组合结构，减少了有源电力滤波器的体积和成本APF分类谐波源系统sifiliCAPF原理谐波源系统APF原理APF主电路fL+-+-APF工作过程反向后的谐波电流输出控制计算检测APF技术组成DSP有源电力滤波器电流跟踪控制谐波检测技术APF设计内容容量接入点电路结构根据需要补偿负荷的谐波次数及容量确定有源电力滤波器的容量根据补偿效果及就地补偿原则确定有源电力滤波器接入点根据接入点电压及负荷结构确定有源电力滤波器电压等级及电路APF产品外观工作电压：380V、520V、660V电源频率：50/60Hz最大谐波电流：50A、100A、150A、200A、300A可滤除谐波次数：2次~50次谐波滤波效率：＞90%响应时间：＜10ms开关频率：20KHzAPF技术参数150A~100A1000×800×22002120A~200A1000×1000×22003220A~300A2×（1000×1000×2200）注：1、本装置可以多台柜并联使用，扩大滤波能力。2、柜体尺寸可根据用户需求进行特殊设计。APF体积任选工作模式长时间安全运行操作简单应用灵活只补谐波、只补无功、谐波无功均补、补偿谐波次数任选采用进口高品质IGBT、DSP及具有完善的保护功能采用大屏幕彩色触摸屏、中文菜单式操作、人机界面良好、可远程通讯可多台并联及与TSC、TSF组合使用APF技术特点APFBECDA汽车制造钢铁冶金造纸业电气化铁道烟草行业APF应用领域中频炉负荷特点：•中频炉是将三相工频（50Hz）交流电经整流电路变为直流电，再经逆变电路输出单相的中频（1000-1500Hz）交流电源供给炉子加热。APF用在中频炉负荷自然功率因数很高，一般在0.9以上（甚至更高），向系统吸收的无功小。中频炉是一个复杂的非线性电路，输入侧的电流是非正弦波的，由此产生大量高次谐波注入电网。一般1000KW以下的中频炉通常采用6脉动整流;1000KW以上的中频炉采用12或24脉动整流。6脉动整流的中频炉产生的谐波主要为：5、7、11、13次等谐波。12脉动整流的中频炉产生的谐波主要为：11、13、23、25次等谐波。应用案例一中频炉的危害•中频炉产生的谐波流入电容器，加大了电容器的热能损耗，加速电容器老化，造成电容器使用寿命降低。•谐波与电容器形成谐振严重放大谐波，瞬间电流高达数千安培,造成电容器鼓肚、爆炸，开关跳闸，带来厂区大面积停电、人员伤亡事故。•诣波在电网中流动，引起的功率损耗都是无效损耗，加大网损。•谐波使变压器损耗加大，变压器磁密按照基波电流设计，大量谐波流过变压器容易使变压器磁通饱和，加大损耗。•有资料显示3%的谐波电压会产生5%的变压器损耗。•对自动化水平比较高的生产线、电气设备造成干扰,谐波导致程序紊乱、保护总跳闸,无法顺利生产