諧波治理和節(jié)能降耗說課講解

1、諧波治理和節(jié)能降耗諧波產(chǎn)生的原因 發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波： 發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。 輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波： 輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。 諧波產(chǎn)生的原因用電設備產(chǎn)生的諧波： l 晶閘

2、管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%；接容性負載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波

3、電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。 1. 變頻裝置。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分數(shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。 電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2 7次的諧波，平均可達基波的8% 20%，最大可達45% 諧波產(chǎn)生的原因用電設備產(chǎn)生的諧波：3.氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金

4、屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。 家用電器。電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調(diào)器等有繞組的設備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。 諧波的危害 增加電力設施負荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設備的有效容量和效率，造成設備浪費、線路浪費和電能損失； 引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行； 產(chǎn)

5、生脈動轉(zhuǎn)矩致使電動機振動，影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機壽命； 由于渦流和集膚效應，使電機、變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗而過熱，浪費電能并加速絕緣老化； 諧波電壓以正比于其峰值電壓的形式增強了絕緣介質(zhì)的電場強度，降低設備使用壽命； 零序（3的倍數(shù)次）諧波電流會導致三相四線系統(tǒng)的中線過載，并在三角形接法的變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，使繞組電流超過額定值，嚴重時甚至引發(fā)事故。 諧波會改變保護繼電器的動作特性，引起繼電保護設施的誤動作，造成繼電保護等自動裝置工作紊亂； 諧波改變了電壓或電流的變化率和峰值，延緩電弧熄滅，影響斷路器的分斷容量； 使計量儀表特別是感應式電能表產(chǎn)生計量誤差； 干擾鄰近的電力電子設備、工

6、業(yè)控制設備和通訊設備，影響設備的正常運行。各次諧波的危害主要諧波頻段諧波特征主要危害原理主要危害對象3次、9次固定頻段疊加零線電流零線發(fā)熱器件發(fā)熱5次、7次固定頻段與油機或電容諧振油機諧振帶載失敗補償電容發(fā)生爆裂變壓器發(fā)熱降容產(chǎn)生噪音1125次動態(tài)分布產(chǎn)生集膚效應，導體表面發(fā)熱開關誤跳閘線損加大、發(fā)熱25次以上射頻動態(tài)分布造成電磁發(fā)射，形成EMC干擾數(shù)據(jù)通信干擾，處理速率下降諧波治理措施1.無源濾波器 傳統(tǒng)的抑制高次諧波的方法，是使用LC無源電力濾波器，一般是根據(jù)諧振原理來工作。它具有結(jié)構(gòu)簡單、一次性投入低、運行費用低，它在很寬的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)為低阻抗，可以抑制多個頻率的諧波。在吸收高次諧波的

7、同時補償無功功率，還具有改善負載功率因數(shù)的功能。但由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應用中存在以下難以克服的缺點。 由于調(diào)諧偏移和殘余電阻的存在，調(diào)諧濾波器的阻抗等于零的理想條件是不可能出現(xiàn)的，阻抗的變化大大妨礙了濾波效果，并且還存在濾波器過負荷的可能性。 只能抑制按設計要求規(guī)定的諧波成分。有時由于高次諧波的成分較多，必須同時加入多個濾波器。這會使整個濾波器的成本和體積增加。 隨著電源側(cè)諧波發(fā)生源的增加，諧波電流超量時，可能會引起濾波器的過負荷。 LC濾波器電路會因系統(tǒng)阻抗參數(shù)變化而發(fā)生與系統(tǒng)并聯(lián)諧振問題，從而使裝置無法運行。 對于特殊的諧波，當系統(tǒng)阻抗和頻率變化時，有可能因與電源阻抗并聯(lián)諧振而產(chǎn)生“諧

8、波放大現(xiàn)象”，使電路無法正常工作。 .消耗大量的有色金屬，體積大，占地面積大。 諧波治理措施2.有源濾波器 有源濾波器的基本原理是從被補償對象中檢測出諧波電流，然后由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等但極性相反的補償電流（并聯(lián)型）或?qū)闹C波電壓（串聯(lián)型），從而消除電網(wǎng)中的諧波電流，使電網(wǎng)電流只含有基波分量。 與傳統(tǒng)的LC濾波器相比，有源濾波器優(yōu)點如下： 實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和幅值都變化的諧波以及變化的無功功率進行迅速的動態(tài)跟蹤補償。 濾波器特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危 險。 補償無功功率時不需儲能元件，補償諧波時所需儲能元件容量不大。 可同時對諧波和無功進行補償

9、，且補償無功的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)，既可對一個諧波單獨補償，也可以對多個無功和諧波源集中補償，性價比合理。有源電力濾波器有源濾波器分類 并聯(lián)型有源電力濾波器 并聯(lián)型APF在系統(tǒng)中，相當于一個諧波電流發(fā)生器。檢測的信號經(jīng)控制電路進行參考電流運算，得出補償電流的參考信號。該參考信號經(jīng)主電路放大，得出補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功電流抵消，即得到所期望的與電網(wǎng)電壓同相的基波正弦電流，從而抵消了線路中的諧波電流，將電流側(cè)電流補償為正弦波。 串聯(lián)型有源電力濾波器 補償裝置工作時，APF相當于一個與負載串聯(lián)且受諧波電流控制的受控電壓源，它產(chǎn)生一個K倍于諧波電流的諧波電壓，因此，APF對諧波來講可等效

10、為阻值為K的電阻，而對基波來講，其阻值K為零。 混合型有源電力濾波器 有源電力濾波器（APF）作為一種能動態(tài)抑制諧波的電力電子裝置廣受關注，并出現(xiàn)了眾多電路結(jié)構(gòu)和控制方案，這其中，將傳統(tǒng)的無源濾波器和APF結(jié)合起來，互相取長補短，組成混合有源濾波器，也是當前APF研究領域的一個重要方向。 APF的原理 有源電力濾波器由兩大部分組成有源電力濾波器由兩大部分組成:即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路(由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路三部分構(gòu)成）。由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路三部分構(gòu)成）。 指令電流運算電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波和無功等電流

11、分量。指令電流運算電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波和無功等電流分量。 補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運算電路得出的補償電流的指令信補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運算電路得出的補償電流的指令信號，產(chǎn)生實際的補償電流。主電路目前均采用號，產(chǎn)生實際的補償電流。主電路目前均采用PWM變流器。變流器。APF的原理APF原理APF的特點各種諧波治理及無功補償方法比較人工切換并聯(lián)電容補償自動切換并聯(lián)電容補償電感電容補償串聯(lián)型有源功因補償并聯(lián)型有源功因補償有源無源混合補償技術先進性最低低中高高高功率因數(shù)很難到1接近1接近1接近1接近1接近1諧波濾除不能，有時增加諧波不能，有時增加諧波能，部分

12、低次諧波能，多次諧波能，多次諧波能，多次諧波電流THD不變，甚至增強不變，甚至增強降低，但是任然較高8%(5%)8%(5%)8%(5%)補償方式靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)動態(tài)震蕩可能性可能可能可能不可能不可能不可能節(jié)能效果小小中高高高擴容性好好不好不好非常好非常好造價很低較低中高高高cos諧波治理與節(jié)能降耗諧波造成的電能損耗：諧波網(wǎng)損的計算方法有兩種，一種是采用諧波畸變率的諧波網(wǎng)損計算方法，另一種方法是采用等值電阻法計算諧波網(wǎng)損。采用諧波畸變率的諧波網(wǎng)損計算方法： 在不考慮集膚效應的情況下，線路電阻是一個固定值，則沒有諧波時線路損耗為 ，而有諧波時線路損耗為：故線損增加率：RI21221212ITH

13、DRIRIRI)1 ()(22122212InnTHDRIRIIRI等值電阻法考慮高次諧波集膚效應若考慮集膚效應，發(fā)電機的電樞電阻和變壓器等值電阻簡單的可以用基波電阻 的模型，即n為諧波次數(shù)， 為基波阻抗， 為諧波阻抗，則諧波損耗可統(tǒng)一表示為：對于輸電線，諧波模型可以采用如下式子：式中，r為輸電線單位長度的電阻（/），l為線路長度，n為諧波此時。其諧波損耗為：n1RnR濾波補償經(jīng)濟效益線路節(jié)電 為變壓器額定容量 為補償前功率因數(shù) 為補償后功率因數(shù) k為主變負荷率=(平均負荷/變壓器額定容量功率因數(shù)） 為線損率 為滿負荷全年耗電時間變壓器節(jié)電量 為變壓器總短路損耗（滿負荷時的銅損） 為有功功率 為視在功率