諧波治理培訓(xùn)

1、電能質(zhì)量（二）電能質(zhì)量（二）諧波治理諧波治理個(gè)人簡(jiǎn)介 劉成軍 男國(guó)家注冊(cè)電氣工程師（供配電） 國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建造師（機(jī)電） 安徽大學(xué)工學(xué)學(xué)士（電氣工程及其自動(dòng)化） 合肥工業(yè)大學(xué)工程碩士（柔性交流輸電系統(tǒng)） 近十年來一直致力于電能質(zhì)量領(lǐng)域，圓滿完成數(shù)百個(gè)高、低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、諧波治理等電能質(zhì)量項(xiàng)目。 一、諧波的概念 基波：我國(guó)電網(wǎng)采用頻率50Hz的正弦波； 3次諧波：50*3=150Hz頻率的正弦波； 5次諧波：50*5=250Hz頻率的正弦波； 7次諧波：50*7=350Hz頻率的正弦波； 11次諧波：50*11=550Hz頻率的正弦波； 13次諧波：50*13=650

2、Hz頻率的正弦波；諧波的分類正負(fù)零序諧波二、諧波的產(chǎn)生 諧波的產(chǎn)生主要是來自下列具有非線性特性非線性特性 的電氣設(shè)備 (1)具有鐵磁飽和特性的鐵芯沒備 如變壓器、電抗器等 此種設(shè)備產(chǎn)生諧波較少(2)以具有強(qiáng)烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)的設(shè)備 氣體放電燈、交流弧焊機(jī)、煉鋼電弧爐等 這種負(fù)荷諧波含量大且有低次、偶次諧波(3)以電力電子元件為基礎(chǔ)的開關(guān)電源設(shè)備 如：各種電力變流設(shè)備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調(diào)速和調(diào)壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等 三、諧波的危害 (1)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響： 諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的危害主要是產(chǎn)生附加的損耗和轉(zhuǎn)矩。由于集膚效應(yīng)、磁滯、渦流等隨著頻率 的增高而使在旋

3、轉(zhuǎn) 電機(jī)的鐵心和繞組 中產(chǎn)生的附加損耗 增加。降低使用壽 命 。 （2）對(duì)變壓器的影響： 諧波電流使變壓器的銅耗增加，特別是3次及其倍數(shù)次諧波對(duì)三角形連接的變壓器，會(huì)在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱；破壞變壓器絕緣，降低變壓器使用壽命。 (3)對(duì)輸電線路的影響： 在集膚效應(yīng)的作用下，諧波電流使輸電線路的附加損耗增加。 諧波還使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大，導(dǎo)致中性線過載 容易激勵(lì)出較大 的諧波諧振和諧 波放大，造成絕 緣擊穿的事故 (4)對(duì)電力電容器的影響： 會(huì)加速電容器的老化，容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命 ； 和系統(tǒng)引起諧振導(dǎo)致電容器鼓肚、燒毀、爆炸！ （5）影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作

4、和可靠性： 會(huì)引起發(fā)保護(hù)誤動(dòng)(若誤動(dòng)引起跳閘，則后果嚴(yán)重) 6、使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器的指示和計(jì)量不準(zhǔn)確; 7、干擾通信系統(tǒng)的工作; 8、對(duì)用電設(shè)備的不良影響; 四、諧波治理的現(xiàn)狀及治理方法 20世紀(jì)20年代和30年代在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變 1982年國(guó)際電工委員會(huì)第一次制定了通用電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波的限制標(biāo)準(zhǔn)IEC-55 1982年第一臺(tái)實(shí)用的有源電力濾波器投入運(yùn)行 無源濾波器 無源電力濾波器是傳統(tǒng)的補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段； 無源電力濾波器由電力電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。 濾波裝置通常由若干個(gè)無源濾波器并聯(lián)而成，每個(gè)濾波器在一個(gè)諧波頻率附近或者在某一

5、個(gè)頻帶內(nèi)呈現(xiàn)低阻特性，從而吸收諧波電流，使流入交流系統(tǒng)的諧波電流減小，達(dá)到抑制諧波的目的。 濾波器投入電網(wǎng)中工作時(shí)，往往與諧波源并聯(lián)濾除特定次諧波電流。在基波下，濾波器通常呈容性，除了起濾波作用外，還可兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?無源濾波器的形式 工程上實(shí)用的無源濾波裝置一般由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成，每組單調(diào)諧濾波器調(diào)諧于需要濾除的諧波頻率上或者諧波頻率附近，當(dāng)需要濾除更高頻率的諧波電流而幅值又較小時(shí)可以再加一組高通濾波器。 諧波電流諧波電流LOADLOAD負(fù)載負(fù)載諧波的方向諧波的方向諧波電壓諧波電壓諧波電壓諧波電壓LOAD諧波電流諧波電流I5 , I7 ,I11 諧波電壓諧波電壓諧波電壓諧波電

6、壓諧波流向諧波流向RPF無源濾波裝置的形式低壓濾波柜高壓濾波柜高壓戶外式濾波無源濾波主要元件低壓電容器低壓電容器高壓電容器高壓鐵心電抗器低壓鐵心電抗器空心電抗器無源濾波的優(yōu)點(diǎn) 因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 電壓和容量可以做的很大； 在吸收諧波的基礎(chǔ)上還可以補(bǔ)償無功，改善功率因素； 維護(hù)方便； 造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用也低； 對(duì)某一次高次諧波的吸收效果明顯； 設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)成熟。 因此成為傳統(tǒng)的補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段。有源濾波APF 新型電力電子裝置，它能對(duì)大小變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。它的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含

7、基波分量。 有源濾波器外型50A100A300A有源濾波柜有源濾波柜主要有50A，100A兩種規(guī)格可以有50和100A組合成150A 200A 250A 300A有源濾波的優(yōu)點(diǎn) 1)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。 2)可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需要儲(chǔ)能元件容量也不大，且補(bǔ)償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。 3)即使補(bǔ)償電流過大，有源電力濾波器也不會(huì)發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償用。 4)受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。 5)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率

8、變化的影響。 6)既可對(duì)一個(gè)諧波和無功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無功源集中補(bǔ)償。諧波標(biāo)準(zhǔn)供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源 包括鐵磁飽和型、電子開關(guān)型和電弧型三大類。 一、磁飽和型設(shè)備（變壓器、電動(dòng)機(jī)、電抗器等） 鐵芯設(shè)備諧波電流特點(diǎn)： 2、中性點(diǎn)接地變壓器含有大量3及3倍次諧波電流； 3、有角形繞組變壓器線電流中無三倍次頻諧電流。 1、i0 為尖頂波，含有3、5、7等奇次諧波電流； 2、諧 波大小與電壓有關(guān)，U高、 i0 大，諧波大。 變壓器中的諧波電流： 1、配電變諧波問題突出；供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源（影響較大的諧波源，中頻爐） 1、單相全控橋式整流 理想單相橋式整流交流側(cè)電流為連續(xù)周期方波，只

9、含有2K1次諧波電流，不含直流和偶次諧波分量。供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源 理想三相橋式整流交流側(cè)電流為斷續(xù)周期方波，只含有6K1次諧波電流。 2、三相全控橋式整流供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源 理想6 相橋式整流交流側(cè)電流為連續(xù)周期梯型波，含有12K1次諧波電流。 3、6相橋式整流 右圖為用Y/y12和Y/d11接線整流變壓器組成的6 相橋式整流 電路單相電路圖。 圖a諧波電流和圖b諧波電流兩者結(jié)合構(gòu)成 6 相橋式整流電路 的諧波電流如圖c所示。 理想6 相橋式整流直流側(cè)的波頭脈動(dòng)數(shù)P=12。供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源特征諧波和非特征諧波 特征諧波整流裝置理想情況下產(chǎn)生的諧波。 換流裝置交流側(cè)為諧波電流

10、源，特征諧波為h=KP 1； 換流裝置直流側(cè)為諧波電壓源，特征諧波為h=KP。 例如：?jiǎn)蜗嗳?，P=2，產(chǎn)生1、3、5、7次諧波； 三相半波，P=3，產(chǎn)生2、4、6、8次諧波； 三相全波，P=6，產(chǎn)生5、7、11、13次諧波。 可見，整流波形波頭脈動(dòng)數(shù)P越大，諧波次數(shù)h越高，對(duì)應(yīng)的h次諧波電流值Ih越小。 非特征諧波 指控制角不等，電壓、阻抗不對(duì)稱等因素產(chǎn)生次數(shù)不定的諧波。難以進(jìn)行數(shù)值分析。供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源諧波 電力機(jī)車為波動(dòng)性很大的、大功率單相整流負(fù)荷，有不對(duì)稱、非線性、波動(dòng)性和功率大等的特點(diǎn)，將產(chǎn)生高次諧波和基波負(fù)序電流。 1、牽引網(wǎng)的供電方式 兩站距離4050Km； 供電距離20

11、25Km； 供電電壓110/27.5KV。 2、機(jī)車電路與電流波形 電力機(jī)車電路和注入電網(wǎng)電流波形如圖所示。由于采用單相全波整流，不采取措施將產(chǎn)生很大的諧波。供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源諧波供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源諧波特點(diǎn) 1）在工作狀態(tài)產(chǎn)生諧波。治理為車載或投切方式； 2）單相全波整流P=2，典型諧波為奇次諧波； 3）電力機(jī)車諧波為典型諧波電流源； 4）產(chǎn)生的諧波含量大、次數(shù)低（P=2），影響大。 4、諧波分析 1）注入牽引變電站的諧波電流，為多輛機(jī)車諧波電流的疊加，運(yùn)行方式變化大、計(jì)算復(fù)雜，通常只能實(shí)測(cè)； 2）注入電網(wǎng)的諧波電流為不平衡諧波，可能包含正序、負(fù)序、零序性質(zhì)的諧波； 治理電力機(jī)車諧波的濾波器有特殊要求。供電系統(tǒng)高次諧波的產(chǎn)生源諧波特點(diǎn)（影響最大） 1、產(chǎn)生隨機(jī)性、三相不平衡諧波和基