电力系统谐波及其治理讲座

1电力系统谐波及其治理讲座广东斯灵通科技有限公司在一个理想的电力系统和供电系统中，电能是以单一固定的工业频率（50Hz或60Hz）、正弦波电压和电流向用户供电的。但若有非线性负荷，如整流器、变频器、电弧炉、电焊机等接入系统，会产生大量高次谐波电流导致系统电压和电流波形畸变，造成电力系统谐波污染，对电力设备和用电设备造成危害。因此，当注入系统的高次谐波电流超过国家标准限制时，就必须采取滤波措施，即采用谐波滤波装置。一、波造成的波形畸变下面结合我们的一些现场检测的实例来介绍各种电压电流谐波。第一幅图是中频炉产生的电压电流波形畸变（中频炼钢炉）电焊机群产生的电压电流波形畸变PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn2高频焊接机产生的电压电流波形畸变直流轧钢机产生的电压电流波形畸变变频机组产生的电压电流波形畸变PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn3特征谐波：三相桥式整流器产生的谐波为6k±1次，即5、7、11、13、17、19...即所谓6脉整流，当两个变压器副变分别接成星形和三角形各带一套三相桥式整流器，并将其直流侧串并联时，即形成12脉整流，产生的谐波为12k±1次，即11、13、23、25..，这些次数谐波称为特征谐波。实际中的谐波70%以上都与整流有直接或间接的关系。二、GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准当谐波含量达到一定数值，就会造成较大的危害，就需要进行治理，这个数值标准就由GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准的规定例：某磁材厂谐波参数计算前级变电站35KV站主变20MVAPDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn4按变压器容量计算：阻抗电压10%前级阻抗60%短路容量Sk=20000*0.6/10%=120MVA根据GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准的规定，注入电网的谐波电流允许值是按电流的绝对值计算的。对于10KV系统，规定系统短路容量（称为基准短路容量）为100MVA时，各次谐波电流允许值见表系统短路容量为100MVA时各次谐波电流允许值（A）次数2345678910111213262013208.5156.46.85.19.34.37.9次数1415161718192021222324253.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.14.1当系统短路容量不为100MVA时，各次谐波电流允许值则按照实际最小短路容量的大小允许值按下式换算Ih=(Sk1/Sk2)*Ihp式中Sk1--公共连接点最小短路容量，MVASk2--基准短路容量，MVAIhp--表4中第h次谐波电流允许值，AIh--短路容量为Sk1时第h次谐波电流允许值，A系统短路容量为120MVA各次谐波电流允许值（A）次数234567891011121331.22415.6249.84187.688.166.1211.165.169.48次数1415161718192021222324254.444.923.847.23.366.483.123.482.765.42.524.92按国标附录C的要求，在公共连接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值按下式进行换算：Ihi=Ih（Si/St）1/αPDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn5式中：Ih——附录B换算的第h次谐波电流允许值，A；Si——第i个用户的用电协议容量，MVA；St——公共连接点的供电设备容量，MVA；α——相位叠加系数，按表3.6取值。相位叠加系数谐波次数3571113＞13及偶次α1.11.21.41.81.92根据前面所确定的PCC点供电容量20MVA和用户协议用电容量1.6MVA，最终换算到PCC点所允许皆诚注入系统谐波电流允许值如表下表所示。其中9次α=2Si/St=0.08协议容量为1.60MVA各次谐波电流允许值（A）次数23456789101112138.822.424.412.922.782.962.222.311.732.851.462.51次数1415161718192021222324251.261.391.092.040.951.830.880.980.781.530.711.39总电流53.7A实测各次谐波电流95%概率值（A）次数23456789101112130.031.663.296.340.031.910.082.170.071.970.020.68次数1415161718192021222324250.020.300.020.120.020.050.020.020.020.020.020.02经对比可知，磁材厂5次谐波超标，表中以阴影红色表示。超标（6.34-2.92）/2.92=117%三、谐波治理的原则和方法PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn6原则：谁产生谁治理；一般以达到国家标准为目标；一般与无功补偿同时进行。1，有源滤波装置有源电力滤波器的补偿原理是利用检测单元对负荷产生的畸变量进行检测，然后由控制单元产生控制信号，对大功率的电力电子器件IGBT进行控制，由IGBT逆变器产生一个与畸变量幅值相等，相位相反的补偿量，畸变量和补偿量互相抵消，在系统侧的电压电流波形得到良好的改善。特点：1）滤波效果好2）不会产生谐波放大3）不产生无功，适用于原来功率因数较高的场合4）结构复杂，价格及维护费用较高5）不节能，反而耗能2，无源滤波装置1）结构简单，价格及维护费用低2）设计适当时，滤波效果可以达到要求3）兼无功补偿功能，适用于原来功率因数较低的场合4）有节能效果，一定条件下可能节能10%以上5）设计不合理时会产生谐波放大，严重的可影响系统安全PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn7四、无源滤波器的原理及有关问题一个典型的谐波滤波装置包括H5，H7，H11三个支路。见下图谐波电流是定流源。调整各滤波支路电容和电感的参数，使它对相应次数的频率串联谐振，此时它对这频率电流阻抗最小，谐波电流大部分流过这条支路，就减小了注入电网的谐波电流，也就起到了滤波作用。从谐波源看过去，如果系统阻抗与滤波器阻抗对某次谐波发生并联谐振，则这次谐波阻抗就会大大增加，可以达十几倍之多，流入系统的这次谐波电流就会大大增加，威胁系统和滤波支路的安全，这就是谐波放大。PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn8谐波放大频谱图一般情况下，设计合理的滤波器，可以滤去总谐波含量的70%以上谐波阻抗图当滤波装置或并联补偿装置接入系统中时，总会对某次谐波产生放大，如果系统中没有谐波或谐波很小，放大一些也无损大局。为了放大不产生危害，设计PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn9时要使放大点不要落在整数次谐波上，尤其是不能落在原来含量较大的次数谐波上。串联谐振的计算公式：n=1/h2n-电感阻抗含量百分比h-谐波次数举例：5次谐波滤波器电感阻抗含量4%电容器AKMJ0.5-70-1电抗率4%计算：计算容抗每相电流I=Q/U=70000/500=140A容抗Xc=500/140=3.57Ω计算感抗Xl=Xc*4%=3.57*4%=0.1429Ω计算电感由Xl=ωL得L=Xl/ω=Xl/2πf=0.1429/(3.1415*100)=1.45*10-3=0.455mH该电容器配用的电抗器为0.455mH140A五、无源滤波器的节能问题谐波流入其它电器设备会造成电器设备发热，会消耗能量。由此推断当进入电器设备的谐波减少时，就会节约电能。但由于谐波流入电器设备很分散，计算节能效果还没有好的办法。但在实测中发现节能效果还是很明显的，例如某钢铁厂实测数据12%，去掉其它因素，也在7%以上。PDF文件使用pdfFactory试用版本创建www.fineprint.cn