第三章 無功補償中的諧波抑制

成都勝業(yè)電器設(shè)備有限公司

主講人何蔣無功補償中的諧波抑制諧波抑制簡介什么是諧波對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波，諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)，諧波實際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到污染。 在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。 當電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。諧波產(chǎn)生源線性負荷：非線性負荷：VIVI電阻性元件頻率相依元件鐵磁性設(shè)備電弧性設(shè)備電子式電力轉(zhuǎn)換器不產(chǎn)生諧波諧波產(chǎn)生源諧波表示法任何周期波形都可以展開成傅立葉級數(shù)表示f(t)—一個頻率為f0的周期函數(shù)，其角頻率為ω0=2πf0,周期T=1/f0=2π/ω0傅立葉級數(shù)的系數(shù)由下式給出:諧波的特性對稱性相序性獨立性一、對稱性奇對稱：沒有余弦項偶對稱：沒有正弦項半波對稱：沒有直流分量和偶次諧波電力系統(tǒng)是由雙向?qū)ΨQ的元件組成的，這些元件的電壓和電流具有半波對稱的特性。因此，電力系統(tǒng)中一般不包含偶次諧波。二、相序性正序諧波負序諧波零序諧波ABC正相序諧波(3n+1)4、7、10、13…ABC負相序諧波(3n-1)2、5、8、11…ABC零相序諧波(3n)3、6、9、12…獨立性：不同諧波的響應(yīng)是相互獨立的，我們可以將各次諧波分別處理，再相互疊加求出總的諧波響應(yīng)。諧波的度量方法：一、有諧波分量存在的電壓電流有效值。二、第h次諧波含有率。三、總諧波畸變率。有諧波分量存在的電壓電流有效值電壓有效值：電流有效值：第h次諧波含有率第h次諧波電壓含有率第h次諧波電流含有率總諧波電壓畸變率總諧波電流畸變率總諧波畸變率：國標諧波電壓限值國標諧波電流限值產(chǎn)生諧波的設(shè)備：諧波源諧波電流源諧波電壓源主要負荷端系統(tǒng)端鐵磁性設(shè)備

發(fā)電機、電動機、變壓器等電弧性設(shè)備

電弧爐、點焊機等電子式電力轉(zhuǎn)換器

整流器、變頻器、UPS等諧波產(chǎn)生源諧波的影響1.造成線路過載、發(fā)熱、甚至短路。2.造成電網(wǎng)的并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振。3.

影響通訊系統(tǒng)的正常工作。4.造成計量儀表顯示不準確。5.

導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作

顯示屏跳動諧波含量過高，將會造成數(shù)據(jù)失真PC計算機振動發(fā)熱M:電機工作不正常UPS燒毀故障諧振放大諧波電容器停機無法供電G:發(fā)電機etc其它集膚效應(yīng)過載發(fā)熱電纜噪音溫升變壓器通訊產(chǎn)生感應(yīng)電磁場

諧波電流諧波的方向B用戶諧波的污染用戶

-C

負載用戶-A用戶

-B

負載抑制諧波的措施在補償電容器回路串聯(lián)電抗器。裝設(shè)由電容、電感及電阻組成的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器。增加整流相數(shù)。當兩臺以上整流變壓器由同一段母線供電時，可將整流變壓器一次側(cè)繞組分別交替接成Y型和△型，使5次和7次諧波相抵消。并聯(lián)電容器引起的諧波問題一、放大諧波，引起電容器過電流。二、引起諧波電流的并聯(lián)諧振。三、引起諧波電壓的串聯(lián)諧振。Xcn

XsnInIcnIsn一、放大諧波，引起電容器過電流。諧波電流源補償電容變壓器阻抗-造成電容器故障-增大諧波對電網(wǎng)的影響LOAD諧波電流I5,I7,I11…電容器二、引起諧波電流的并聯(lián)諧振。Xcn

XsnInIcnIsn由上式可看到，當Xsn等于Xcn時，Icn與Isn等于無窮大，此時電容與變壓器發(fā)生了電流并聯(lián)諧振。HarmonicI5,I7,I11…..LoadZLC(n)的阻抗為無限大諧波電流流經(jīng)阻抗無限大的回路時無限大的諧波電壓將產(chǎn)生無限大的諧波電壓無限大的諧波電壓將與電網(wǎng)與電容器間,產(chǎn)生大電流將迅速造成電容器故障無限大的諧波電壓XcnHarmonic

XsnLoad

XsnXcn當

Xsn=Xcn

時

Zn的阻抗為0三、引起諧波電壓的串聯(lián)諧振。諧波電壓源變壓器阻抗補償電容器VnHarmonicV5,V7,V11…..諧波電壓流經(jīng)阻抗為0的回路時無限大的諧波電流將產(chǎn)生無限大的諧波電流與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振-造成電容器故障-增大諧波對電網(wǎng)的影響LOADV5,V7,V11…..電容器變壓器與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振如何避免諧波影響?

-

如何避免電容器過電流-如何避免與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振-如何避免與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振LOAD電容器變壓器諧波電流I5,I7,I11…電抗器1.改變設(shè)備?2.改變電網(wǎng)?3.改變電容?為了防止補償回路諧振過電流，我們需要在并聯(lián)電容器上串聯(lián)一個適當電抗率為P的電抗，以抑制諧波，保護補償電容器，那么這個電抗的選擇就需要使補償回路對基波呈容性，對需要抑制的諧波呈感性，這樣就能防止諧波引起的諧振。電抗率定義：補償回路電抗基波感抗與電容基波容抗之比XcUXLI如圖所示，LC串聯(lián)電路的阻抗為其中，，其阻抗值隨頻率的變化曲線如圖所示f(Hz)Z(Ω)XC=XL容性感性f由阻抗隨電網(wǎng)頻率變化曲線可知，在f這個分界頻率之前，LC回路呈容性，在f之后，LC回路呈感性，因此，我們要抑制諧波，補償基波，就要使基波頻率在f之前，諧波頻率在f之后。f的計算：所以要抑制三次諧波，就需要滿足要抑制五次諧波，就需要滿足由此計算電抗率p。電容串聯(lián)電抗后，電容兩端電壓會升高，整個回路所提供的無功功率會降低，具體的計算過程如下式中：Uc為電容兩端電壓

U為電網(wǎng)電壓

I為電路總電流

Q為LC回路實際補償?shù)墓β?/p>

QN為電容的額定容量

UN為電容的額定電壓

效果：-避免電容器過電流

-避免與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振避免與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振-保有電容器特性，完成無功補償同時，串加電抗器還可以抑制電流的快速變化，其抑制投切涌流的作用。

結(jié)論:諧波環(huán)境下：裝設(shè)純電容器作無功補償★會造成電容器故障★會放大諧波,造成諧波對電網(wǎng)的污染裝設(shè)電容器、電抗器組作無功補償◆可保護電容器免于諧波的影響而故障◆可避免諧振現(xiàn)象,降低諧波的污染電容電抗器的選用需注意:

1.電容電抗器的諧振頻率2.電容器耐壓3.電抗器耐流

方法：以負載產(chǎn)生之最低階次諧波為依據(jù)，避開諧振點例如：３次及以上諧波選用１２％及以上；５次及以上諧波選用５.５％及以上；1.電抗器的電抗率針對典型工礦設(shè)備電抗器的設(shè)計1）對于六脈整流設(shè)備，變頻器，直流電弧爐，直流軋機及中頻爐等非線性設(shè)備通常產(chǎn)生5711次諧波，一般選用5%--7%的電抗器；2）對于單相供電設(shè)備，電焊機，交流電弧爐，鐵合金爐，電石爐等負荷通常會產(chǎn)生35次諧波，應(yīng)選用12%--14%的電抗器； 以400V系統(tǒng)串加7%電抗器為例

數(shù)值上:

2.電容器額定電壓的計算與選擇400V

乘以1/（1-0.07）等于430V留一定余量選擇480V的電容。在串聯(lián)電抗后，補償容量會小于電容器額定補償容量，因此在抑制諧波的同時要兼顧補償容量的滿足。Eg:在400V系統(tǒng)中需要補償30KVAR，配7%電抗率電抗和480V的電容，補償后（400V系統(tǒng)）實際補償為22.4KVAR；選擇電抗器時注意電抗器與電容器的互相匹配1、額定電壓的匹配。2、額定容量的匹配。如果電容電抗不匹配，則電抗的電抗率會發(fā)生變化。電抗器容量的定義：匹配的電容容量乘以電抗率電抗器廠家在設(shè)計時會考慮諧波含量的大小設(shè)計足夠耐流的電抗器

電抗器耐流不