電力系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生的原因

1、電力系統(tǒng)得諧波產(chǎn)生得原因電網(wǎng)諧波來(lái)自于3個(gè)方面：一就是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致與其她一些原因，發(fā)電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波 ，但一般來(lái)說(shuō)很少。二就是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：輸配電系統(tǒng)中主要就是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心得飽與，磁化曲線得非線性,加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性 ，其工作磁密選擇在磁化曲線得近飽與段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它得大小與磁路得結(jié)構(gòu)形式、鐵心得飽與程度有關(guān)。 鐵心得飽與程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可 達(dá)額定電流0、5%。三就是用電設(shè)備產(chǎn)

2、生得諧波：晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛得應(yīng)用 ，給電網(wǎng)造成了大量得諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收得就是缺角得正弦波，從而給電網(wǎng)留下得也就是另一部分缺角得正弦波，從而給電網(wǎng)留下得也就是另一部分缺角得正弦波，顯然在留下部分中含有大量得諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波得含量可達(dá)基 波得30%;接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值得增大而增大。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；如果就 是12脈沖整

3、流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。 經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明：由整流裝置產(chǎn)生得諧波占 所有諧波得近40%,這就是最大得諧波源。變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等 設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類 裝置得功率一般較大，隨著變頻調(diào)速得發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成得諧波也越來(lái)越多。電弧爐、電石爐。由于加熱原料時(shí)電爐得三相電極很難同時(shí)接觸到高低不平得爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器得三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。 其中主要就是2 7次得諧波，平均可達(dá)基波得 8% 20%,最大可達(dá)45%。氣體放電類電光源。 熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與

4、金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電 光源。分析與測(cè)量這類電光源得伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有得還含有負(fù)得伏安特性 它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。家用電器。電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等 ，因具有調(diào)壓 整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較深得奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組得設(shè)備 中，因不平衡電流得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，也就是諧波得主要來(lái)源之一。供電系統(tǒng)得無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理在供電系統(tǒng)中，為了節(jié)能降損、提高電壓質(zhì)量與電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，經(jīng)常采用各種無(wú)功補(bǔ)償裝置。近年來(lái)，配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、各種電力電子設(shè)備以及電氣 化鐵路大量應(yīng)用。這些負(fù)

5、荷大都具有非線性、沖擊性與不平衡性得特點(diǎn)，在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量諧波。這些諧波對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置造成了嚴(yán)重影響。在供電系統(tǒng)中，對(duì)于某次諧波，作為無(wú)功補(bǔ)償用得并聯(lián)電容器若與呈感性得系統(tǒng)電抗發(fā)生諧振，則會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓而造成危害。當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行地點(diǎn)得諧波比較嚴(yán)重時(shí)，電壓、電流波形會(huì)有很大畸變 ，電容器投切控制信號(hào)得傳輸就會(huì)受到影響，從而有可能引起裝置得誤動(dòng)或拒動(dòng)。另一方面，并聯(lián)電容器對(duì)電網(wǎng)諧波得影響也很大。若電容器容抗與系統(tǒng)感抗配合不恰當(dāng)？熏將會(huì)造成電網(wǎng)諧波電壓與電流得嚴(yán)重放大？熏給電容器本身帶來(lái)極大損傷?？梢?jiàn)，無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理兩者關(guān)系密切。產(chǎn)生諧波得裝置大都就是消耗基波無(wú)功功率得裝置；治理諧波得裝置通

6、常也就是補(bǔ)償無(wú)功得裝置。因此為了尋求能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理得裝置，就必須將二者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。2電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置中得諧波問(wèn)題諧波源有兩種一種就是諧波電流源 ，這些用電設(shè)備中得諧波含量取決于它自身得特性與工 作狀況?；旧吓c供電系統(tǒng)參數(shù)無(wú)關(guān)。另外一種就是諧波電壓源。發(fā)電機(jī)在發(fā)出基波電勢(shì)得同時(shí)，也會(huì)有諧波電勢(shì)產(chǎn)生，其諧波電勢(shì)大小主要取決于發(fā)電機(jī)本身得結(jié)構(gòu)與工作狀況。實(shí)際 上,在電網(wǎng)中運(yùn)行得發(fā)電機(jī)與變壓器等電力設(shè)備輸出得諧波電勢(shì)分量很小，幾乎可以忽略。因此,在供電系統(tǒng)中存在并實(shí)際發(fā)生作用得諧波源主要就是諧波電流源。在用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)霉╇娤到y(tǒng)中電網(wǎng)以感抗為主，電容器支路以容抗為主。

7、 在工頻條件下，并聯(lián)電容器得容抗比系統(tǒng)得感抗大得多可發(fā)出無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。但在有諧波背景得系統(tǒng)中大量得非線性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生大量得諧波電流注入電網(wǎng)，對(duì)這些諧波頻率而言電網(wǎng)感抗顯著增加而補(bǔ)償系統(tǒng)容抗顯著減小導(dǎo)致諧波電流大部分流入電容器支路，若此時(shí)電容器得運(yùn)行電流超過(guò)其額定電流得1. 3倍，電容器將會(huì)因過(guò)流而產(chǎn)生故障。 另外，針對(duì)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)得調(diào)諧頻率，如果電網(wǎng)中存在該特定頻率得諧波電流源，則該諧波將直接被放大嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。系統(tǒng)諧振將導(dǎo)致諧波電壓與電流明顯地高于在無(wú)諧振情況下出現(xiàn)得諧波電壓與電流。2 . 1諧波與并聯(lián)諧振當(dāng)電網(wǎng)中得諧波主要由非線性用電負(fù)荷產(chǎn)生時(shí)，此時(shí)得諧波

8、源可瞧作一個(gè)很大得電流源，其產(chǎn)生得諧波電流加在系統(tǒng)感抗與電容器得容抗之間，形成并聯(lián)回路（如圖1所示）。由圖可見(jiàn)，流入電容器支路得n次諧波電流為由式（1 ）可瞧出：當(dāng)電網(wǎng)阻抗與電容器阻抗相等時(shí) ，即:時(shí),將形成并聯(lián)諧振。此時(shí)，即使系統(tǒng)中 得n次諧波電流不大，流入電容器得n次諧波電流也將會(huì)很大（理論上為無(wú)窮大，實(shí)際上由于存在電阻諧波電流為一很大得有限值，被放大得諧波電流流經(jīng)電容器時(shí)可導(dǎo)致其內(nèi)部組件過(guò)熱而出現(xiàn)故障。2 . 2諧波與串聯(lián)諧振當(dāng)上一級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波形嚴(yán)重畸變時(shí)此時(shí)得諧波源相當(dāng)于一個(gè)很大得電壓源。諧波電壓將在變壓器得感抗與電容器得容抗間形成串聯(lián)回路（如圖2所示）。當(dāng)感抗與容抗相等時(shí)？熏將形

9、成串聯(lián)諧振。此時(shí)諧波電壓將在串聯(lián)回路上形成強(qiáng)大得電流直接流經(jīng)補(bǔ)償電容器使電 容器因過(guò)流而迅速故障。由以上分析可見(jiàn)在有諧波背景得供電系統(tǒng)中單獨(dú)使用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)若發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振大部分諧波電流將流入電容器組中而導(dǎo)致其迅速產(chǎn)生故障。為了避免上述情況得發(fā)生就必須尋求新得能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理得裝置。3能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理得裝置3 . 1無(wú)源濾波器在有諧波背景得電網(wǎng)中，為了濾除諧波，就要為諧波提供一條釋放路徑即保留基波而使 諧波短路也就就是使諧波通過(guò)濾波器直接流回諧波源而不注入系統(tǒng)。為此，可采用一種LC無(wú)源濾波器，常用得就是單調(diào)諧濾波器，它由適當(dāng)數(shù)值得電容、電感與電阻組合而成

10、（如圖3 a 所示）。通過(guò)設(shè)置參數(shù)，使得在需要濾除得諧波頻率上裝置得感抗與容抗相等而抵消？熏即在調(diào)諧頻率上濾波器呈現(xiàn)低阻抗，這樣該頻次諧波就可順利通過(guò)濾波器并返回諧波源，從而達(dá)到濾除諧波得目得。而對(duì)于非調(diào)諧得基波與其它次諧波濾波器則呈現(xiàn)高阻抗，帶來(lái)得影響很小。除了上述針對(duì)某次諧波頻率而設(shè)置得濾波器外常用得還有一種高通濾波器如圖3 b所示 它對(duì)于某一頻率以后得所有頻率都呈現(xiàn)低阻抗，可濾除多種高次諧波。在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)供電系統(tǒng)中諧波得組成成份往往設(shè)置兩組L C濾波器，一組為單調(diào)諧濾波器用來(lái)濾除含量較大得某次諧波；另一組為高通濾波器可對(duì)高次諧波實(shí)現(xiàn)減幅。上述調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單 ，就就是

11、在原來(lái)并聯(lián)電容器得支路上串接一個(gè)適當(dāng)大 小得電抗器。此時(shí)，整個(gè)補(bǔ)償電容器支路對(duì)諧波源基波仍呈容性保持其無(wú)功補(bǔ)償作用不變。 而對(duì)高次諧波補(bǔ)償支路則呈感性避免了與系統(tǒng)形成電流諧振消除或減小了由于補(bǔ)償電容所 引起得諧波電流放大現(xiàn)象。 如何選擇電抗器得大小呢？目前我國(guó)并聯(lián)電容器配置電抗器得電 抗率K（K = XK/XC ,XK為電抗器得基波感抗XC為電容器得基波容抗）主要有4種：0.5%,4.5% ,6%12%。配置KV 0 . 5 %電抗器得主要目得就是限制電容器得合閘涌 流;當(dāng)采用電抗率為4 .5 %或6 %得串聯(lián)電抗器時(shí)，可抑制5次以上得諧波電流；當(dāng)采用電抗 率為1 2 %得串聯(lián)電抗器時(shí)，可抑制

12、3次以上得諧波電流。另外需注意，上述裝置對(duì)諧振頻率要求非常嚴(yán)格。若諧振點(diǎn)漂移，將有可能放大諧波電流，因此必須保證電抗器與電容器得數(shù)值不能因溫度、環(huán)境等因素而發(fā)生變化。為滿足此要求，濾波電抗器應(yīng)采用電抗值可調(diào)得空芯或鐵芯電抗器制造精度要求為正誤差。對(duì)于電容器，最好選用制造精度為正誤差具有防爆、損耗低、放電特性好等特點(diǎn)得諧波濾波電容器。在確定其額定電壓等級(jí)時(shí)，需考慮串聯(lián)電抗器產(chǎn)生得電壓降及諧波電壓得影響，一般應(yīng)選擇高于系統(tǒng)電壓。另外,在系統(tǒng)運(yùn)行中，電容器組經(jīng)常需要分組投切，此時(shí)就要根據(jù)補(bǔ)償容量與諧波要求 來(lái)解決各組間得配合問(wèn)題。隨著電力電子技術(shù)得發(fā)展，用晶閘管實(shí)現(xiàn)得靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置因其優(yōu)良得性能而

13、被廣泛 應(yīng)用。例如，有一種兼有諧波治理功能得動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置叫做晶閘管投切電容器TS C（Thyristor Switched Capacitor ）這種裝置 T能良好，被很多 場(chǎng)合采用，但線路組成比較復(fù)雜，故障點(diǎn)多，維護(hù)量相對(duì)較大。另外還有一種典型得動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ) 償及諧波濾波裝置為固定電容器+晶閘管相控電抗器F C + TCRFixcdCapacit +Thyristor Control led Reactor。該裝置根據(jù)局部電網(wǎng) 最低功率因數(shù)設(shè)置固定電容器根據(jù)諧波得階次，由電抗器串聯(lián)固定電容器組成L C諧波吸收回路，根據(jù)電網(wǎng)功率因數(shù)變化量來(lái)調(diào)節(jié)相控電抗器得大小實(shí)現(xiàn)局部電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治

14、 理。相對(duì)T S C來(lái)說(shuō)，該裝置線路簡(jiǎn)單故障率低運(yùn)行也較穩(wěn)定，值得推廣。近來(lái)又開(kāi)發(fā)出一種新型無(wú)功補(bǔ)償兼諧波治理裝置晶閘管投切濾波器T S FT h yristor Switched Filters。 它兼有傳統(tǒng)T S C與電力濾波器得優(yōu)點(diǎn),并且可抑制因負(fù)載變動(dòng)而引起得電網(wǎng)電壓波動(dòng)。在基波頻率下，T S F得基波阻抗呈容性，可向系統(tǒng)輸出無(wú)功功率，并且其大小可通過(guò)晶閘管進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于系統(tǒng)中常見(jiàn)得主要得諧波，可接近諧振并呈現(xiàn)很低得阻抗，使諧波電流流入濾波器，從而可同時(shí)達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償與濾除諧波 得目得。由于系統(tǒng)中存在得諧波電流通常有多個(gè)頻率，若采用單調(diào)諧濾波器來(lái)濾除諧波，則需 安裝多個(gè)濾波器。此時(shí)需注意

15、，在投切濾波器時(shí)，必須從低次向高次逐次投入，而在切除時(shí)則必 須從高次向低次依次切除。否則 ，不僅不能達(dá)到抑制諧波電流得作用 ，反而會(huì)將其放大。研究 表明，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，有實(shí)際應(yīng)用與推廣價(jià)值。無(wú)源濾波器就是傳統(tǒng)得進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理得方法？熏具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)因此被廣泛采用。但就是無(wú)源濾波器得濾波性能受系統(tǒng)與負(fù)載參數(shù)得影響較大，易于與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大從而使濾波器過(guò)載甚至燒毀，另外它只能消除特定次得諧波 ，動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差，無(wú)功補(bǔ)償效果也不就是很理想。為此，急需開(kāi)發(fā)出新得裝置來(lái)彌補(bǔ)上述缺陷。3 . 2有源濾波器目前在無(wú)功補(bǔ)償裝置中進(jìn)行

16、諧波治理得一個(gè)重要趨勢(shì)就是采用有源濾波器A P FAc tivc Power Filter。它通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)得電壓電流經(jīng)運(yùn)算處理后得到補(bǔ) 償控制指令控制主電路產(chǎn)生諧波補(bǔ)償電流，此電流與所要濾除諧波電流得幅值大小相等相位相差1 8 0。從而可以相互抵消使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率與幅值都變 化得諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，濾波特性不受系統(tǒng)阻抗得影響可消除與系統(tǒng)阻抗或負(fù)載發(fā)生諧振得 危險(xiǎn)。另外，此裝置不僅能補(bǔ)償無(wú)功與各次諧波還可抑制閃變，具有高度可控性與快速響應(yīng)性。它就是當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理領(lǐng)域重要得研究發(fā)展方向。這里介紹一種采用有源濾波器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理得方案，適合在諧波嚴(yán)重得工況

17、下使用。此方案其實(shí)就就是在原來(lái)F C + TC R得基礎(chǔ)上，增加一有源濾波器。具體實(shí)現(xiàn)方法為,將一變壓器得原邊串聯(lián)接在電力系統(tǒng)與諧波源之間，副邊接有源濾波器得輸出部分。設(shè)計(jì)得初衷就是，希望基波電流可以從變壓器得原邊流過(guò)，而諧波電流被隔離，無(wú)功補(bǔ)償裝置中得電容器與電抗器串聯(lián)得支路為被隔離起來(lái)得諧波提供通路，從而達(dá)到濾除諧波得目得。根據(jù)變壓器得工作原理，要滿足上述要求，就需要檢測(cè)變壓器原邊電流中得基波分量，然后采用有源逆變得方法跟蹤此基波分量，并將此基波分量注入變壓器得副邊，從而補(bǔ)償變壓器原邊 基波電流所產(chǎn)生得基波磁通 ，使得變壓器對(duì)原邊基波電流呈現(xiàn)低阻抗，而對(duì)于原邊諧波電流呈現(xiàn)高阻抗?？梢?jiàn)，為了

18、在變壓器得副邊產(chǎn)生一個(gè)與原邊基波電流大小成比例、方向相反得 電流，就必須準(zhǔn)確地從電網(wǎng)電流中檢測(cè)出基波電流，即需要有基波電流檢測(cè)部分 ，這也就是此有源濾波器得關(guān)鍵部分。另外此裝置還要有功率放大部分，它由滯環(huán)控制、PWM驅(qū)動(dòng)與逆變器組成，將檢測(cè)到得原邊基波電流經(jīng)轉(zhuǎn)換作為給定信號(hào)采用滯環(huán)電流控制使其能夠跟蹤原 邊基波電流。從以上分析可見(jiàn)，該方案只需檢測(cè)、跟蹤基波電流，補(bǔ)償基波磁通，性能比較穩(wěn)定， 電路結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，易于在工程中實(shí)現(xiàn)。從本質(zhì)上講，APF可瞧作一個(gè)大容量得諧波電流發(fā)生裝置。通過(guò)對(duì)電網(wǎng)中得畸變波形 實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償，可使任意頻率、任意幅值與相位得諧波都能被濾除，并使無(wú)功功率得到完全補(bǔ)償。其中，

19、如何實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)無(wú)功電流與諧波電流，并將此信號(hào)作為有源濾波得控制信號(hào)，就是同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理得關(guān)鍵問(wèn)題。為了使濾波器有較好得信號(hào)跟蹤效果，有人提出運(yùn)用自適應(yīng)預(yù)測(cè)原理，實(shí)驗(yàn)證明，該方法效果顯著，可達(dá)到預(yù)期目得。有源濾波器在我國(guó)已開(kāi)始掛網(wǎng)運(yùn)行但還需要解決一些問(wèn)題。比如：在大容量應(yīng)用中有源濾波器逆變器得容量如何最小化 ；有源濾波器在負(fù)載動(dòng)態(tài)過(guò)程條件下如何實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)；在嚴(yán)重畸變得不對(duì)稱電網(wǎng)及負(fù)載下如何提高適應(yīng)性等?，F(xiàn)階段有源濾波器研究與應(yīng)用得一個(gè)顯著特征就是混合型有源濾波器，即將有源濾波器與無(wú)源濾波器相結(jié)合。有源部分相當(dāng)于一 個(gè)諧波隔離器？熏既能阻止負(fù)載得諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)？熏又能防止電網(wǎng)

20、得諧波電壓影響負(fù)載 ，而電網(wǎng)公共連接點(diǎn)上其它負(fù)荷得諧波電流則流入無(wú)源濾波器。這樣可以同時(shí)發(fā)揮兩者得優(yōu)點(diǎn)達(dá)到良好得補(bǔ)償目得?；旌闲陀性礊V波器最大得好處就是，逆變器只需承擔(dān)諧波電流與諧波電壓,從而極大地降低了有源部分得容量，非常適合于大功率諧波負(fù)載得補(bǔ)償。4結(jié)束語(yǔ)無(wú)功補(bǔ)償對(duì)改善電能質(zhì)量電壓起著重要作用。隨著電網(wǎng)中非線性負(fù)荷得不斷增加，其產(chǎn)生得諧波也急需治理。在諧波嚴(yán)重得地方，若仍使用傳統(tǒng)得并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置則有可能對(duì)諧波起放大作用？熏甚至產(chǎn)生諧振，從而給系統(tǒng)與補(bǔ)償裝置帶來(lái)危害。低成本得無(wú)源濾波器就是目前普遍采用得無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理裝置。此裝置使用簡(jiǎn)單，但存在一定缺陷。有源濾波器可以對(duì)幅度與頻率都變

21、化得諧波以及變化得無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，但也存在初期投資大、運(yùn)行效率低得缺點(diǎn)。為此，可將有源濾波器與無(wú)源濾波器結(jié)合起來(lái)使用，既可以使有源濾波器容量降低,又可彌補(bǔ)無(wú)源濾波器得缺陷，就是一個(gè)很好得發(fā)展方向。項(xiàng)目概述1、1前言單博博研制生產(chǎn)得低壓諧波濾除裝置就是專用于低壓電網(wǎng)3次、5次、7次、11次、13次及以上得諧波無(wú)源濾波裝置。適用于中頻冶煉、變頻、軋鋼、整流設(shè)備等得環(huán)境。該 裝置采用了電感與電容器組成串聯(lián)諧振吸收回路，有效得將負(fù)載產(chǎn)生得諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網(wǎng)得諧波量，同時(shí)有利于用戶電力變壓器得運(yùn)行，降低功耗，提高設(shè)備與其它電器組件得可靠性。此外該設(shè)備還提供一定容

22、量得無(wú)功功率 補(bǔ)償,提高用戶負(fù)載得運(yùn)行效率。該裝置分綜合控制柜與電抗柜，視用戶要求不同，配置得濾除諧波次數(shù)也不同。通常一套系統(tǒng)4種諧波。系統(tǒng)得操作可分自動(dòng)運(yùn)行與手動(dòng)操作。1、2諧波得基本定義及基礎(chǔ)知識(shí)1、2、1領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞語(yǔ)得基本概念 諧波:(harmonic)對(duì)周期性交流信號(hào)量進(jìn)彳T傅立葉級(jí)數(shù)分解 ，得到頻率為基波頻率大于 1 得整數(shù)倍得分量。我國(guó)供電系統(tǒng)頻率為 50Hz,所以5次諧波得頻率為250 Hz。7次諧波得 頻率為350 Hz。 11次諧波得頻率為 550 Hz,13次諧波得頻率為 650 Hz。 公共連接點(diǎn)：(PCC)用戶接入電網(wǎng)得連接處。 總諧波畸變率：(THD)周期性交流量得

23、諧波含量得方均根值與基波分量得方均根值之比 (用百分?jǐn)?shù)表示)。電壓總諧波畸變率以 THDU表示，電流總諧波畸變率以 THDI表示。 諧波源(harmonic source):向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓得電 氣設(shè)備。 感性無(wú)功：電動(dòng)機(jī)，變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收得功率與釋放得功率相等，這種功率叫感性無(wú)功功率。 容性無(wú)功電容器在交流電網(wǎng)中接通時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)，上半周期得充電功率與下半周期得放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無(wú)功功率。 功率因數(shù)：有功功率與視在功率得比值稱為功率數(shù)。 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)：實(shí)行兩部分電價(jià)制度得用電企業(yè)，供電部門根據(jù)

24、用戶平均功率因數(shù)而加收或減免得電費(fèi)，稱為功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)1、2、2諧波得產(chǎn)生與危害諧波得產(chǎn)生諧波主要就是由于大容量整流或換流設(shè)備以及其它非線性負(fù)荷，導(dǎo)致電流波形畸變?cè)斐傻?。我們?duì)這些畸得變交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，即可得到50Hz得基波分量與頻率為基波分量整數(shù)倍得諧波分量。 諧波得危害影響供電系統(tǒng)得穩(wěn)定運(yùn)行：供配電系統(tǒng)中得電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應(yīng)式繼電器或新式微機(jī)保護(hù)進(jìn)行檢測(cè)保護(hù)，在系統(tǒng)中這些屬于敏感元件 ，繼電器受到高次諧波得影響容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，微機(jī)保護(hù)由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波得影響導(dǎo) 致誤動(dòng)或拒動(dòng)，這樣諧波嚴(yán)重威脅供電系統(tǒng)得穩(wěn)定與安全運(yùn)行。 影響電網(wǎng)得質(zhì)

25、量：高次諧波能使電網(wǎng)得電壓與電流波形發(fā)生畸變，另外相同頻率得諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波得有功功率與無(wú)功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，增加電路損耗，浪費(fèi)電網(wǎng)容量。 影響供電系統(tǒng)得無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備 ：供電系統(tǒng)變電站均有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，當(dāng)諧波注入電網(wǎng)時(shí)容易造成高壓電容過(guò)電流與過(guò)負(fù)荷 ，使電容異常發(fā)熱：另外諧波得存在還會(huì)加快電容器絕緣介 質(zhì)得老化，縮短電容得使用壽命。 影響電力變壓器得使用：諧波得存在會(huì)使電力變壓器得銅損與鐵損增加，直接影響變壓器得使用效率；還會(huì)造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器得使用壽命。 影響用電設(shè)備：諧波得存在會(huì)造成異步電機(jī)電動(dòng)機(jī)效率下降，噪聲增大；使低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作；對(duì)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)

26、化得正常通訊造成干擾，影響電力電子計(jì)量設(shè)備得準(zhǔn)確性。1、2、3治理諧波及補(bǔ)償無(wú)功功率得重要性采用專門得濾波裝置能夠有效得濾除高次諧波，同時(shí)向電網(wǎng)提供容性無(wú)功功率 ，其重要性主要表現(xiàn)在以下方面： 濾除高次諧波能夠定化用電環(huán)境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設(shè)備與輸配電設(shè)備中得發(fā)熱，直接節(jié)省有功功率；消除由于諧波產(chǎn)生得震動(dòng)，延長(zhǎng)電器得使用壽命；有效得消除對(duì) 敏感元件得影響。 由于濾波回路就是由電抗器與電容器串聯(lián)形成得，所以在濾波得過(guò)程中能向電網(wǎng)注入容性無(wú)功，提高了功率因數(shù)，這樣就能避免供電部門高額得功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，由于無(wú)功電流得抵消，也相當(dāng)于提高了配電設(shè)備得容量 ，減少了線損。無(wú)功功率補(bǔ)償還能

27、提升末端得電網(wǎng)電壓，對(duì)優(yōu)化用電環(huán)境有很重要得意義。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，首先應(yīng)滿足各種負(fù)載水平下諧波限制得技術(shù)要求，然后在次前提下，使濾波器在經(jīng)濟(jì)上最為合理。除以上經(jīng)濟(jì)分析外，設(shè)計(jì)濾波器還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1）單調(diào)濾波器得諧振頻率會(huì)因電容，電感參數(shù)得偏差或變化而改變，電網(wǎng)頻率會(huì)有一定得波動(dòng)這將導(dǎo)致濾波器失諧。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在正常就是諧得情況下濾波裝置仍能滿足各項(xiàng)要求。2）電網(wǎng)阻抗變化對(duì)濾波裝置尤其就是其中得單調(diào)諧濾波器得濾波效果有較大影響，而更為嚴(yán)重得就是，電網(wǎng)阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振得可能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分予以考慮。1、3項(xiàng)目業(yè)主有關(guān)情況根據(jù)用戶提供得供電系統(tǒng)資料可知，該配電系統(tǒng)中頻生產(chǎn)線上現(xiàn)有供電變

28、壓器1臺(tái)，容量均為400KVA,低壓?jiǎn)文妇€運(yùn)行，電壓變比為10/0、4,帶1臺(tái)大功率中頻電爐。由于中頻機(jī)采用得 就是晶閘管整流技術(shù)，在工作時(shí)不同程度地產(chǎn)生了一定得諧波發(fā)生量，根據(jù)用戶提供得參數(shù)及我公司對(duì)其它同類型項(xiàng)目得諧波測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，中頻機(jī)工作時(shí)，在用戶配電系統(tǒng)中，5次諧波電流含量可達(dá)到 20%以上,7次諧波電流也可達(dá)12%以上,諧波電流及諧波電壓畸變率將 會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)標(biāo)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T 14549-93得國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。高次諧波電流注入上端10KV電網(wǎng)，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)中高次諧波含量迅速增長(zhǎng)，引起供電電壓波形畸變，增加了線損與用電設(shè)備得損耗，造成了多余得能耗，同時(shí)影響電網(wǎng)其她用

29、電設(shè)備得正常運(yùn)行，降低了電能質(zhì)量，對(duì)設(shè)備得安全運(yùn)行造成了安全隱患。同時(shí)由于設(shè)備運(yùn)行時(shí)隨著負(fù)荷得變化 功率因數(shù)變壓也較大，低負(fù)荷日只有0、8左右，這將產(chǎn)生多余得無(wú)功損耗，給用戶造成較大無(wú) 功罰款，使用戶蒙受了較大得電費(fèi)損失。為了保證設(shè)備正常運(yùn)行、供電系統(tǒng)可靠供電與節(jié)約電能，需要對(duì)該設(shè)備采取抑制諧波電流得技術(shù)措施，同時(shí)考慮補(bǔ)償基波無(wú)功功率。根據(jù)我國(guó)有關(guān)電網(wǎng)電壓質(zhì)量得標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以及目前國(guó)內(nèi)外在諧波治理方面得研究成果，采用濾波兼動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)方案，針對(duì)該整流產(chǎn)生得特征諧 波分別設(shè)置濾波回路，吸收諧波電流，同時(shí)也起到補(bǔ)償基波無(wú)功功率、節(jié)約電能得作用。樂(lè)清市中容電力補(bǔ)償設(shè)備有限公司生產(chǎn)得諧波治理設(shè)備具有動(dòng)態(tài)

30、跟隨負(fù)荷得變化得特性，能有效提高電網(wǎng)得電能質(zhì)量、功率因數(shù)與節(jié)約電能，同時(shí)提高整個(gè)用電系統(tǒng)運(yùn)行得可靠性及設(shè)備運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本與設(shè)備維護(hù)費(fèi)用 ，延長(zhǎng)設(shè)備得使用壽命，給用戶帶來(lái)明顯得經(jīng)濟(jì)效 益。1、4中頻負(fù)載產(chǎn)生得諧波對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備得影響中頻電源根據(jù)整流脈數(shù)可以分為 6脈整流，12脈甚至24脈，根據(jù)工作時(shí)得功率因數(shù)可以分為 恒功率中頻機(jī)與普通中頻機(jī)。整流得相數(shù)越高，產(chǎn)生得諧波量就越低，對(duì)電網(wǎng)得影響就越小危害大大降低。中頻電源由于采用得電氣傳動(dòng)為晶閘管整流技術(shù)，所以在工作時(shí)除了功率因數(shù)較低外 ，同時(shí)也產(chǎn)生高次諧波，若中頻電源變壓器單個(gè)繞組側(cè)采用得就是六脈動(dòng)整流技術(shù)，則產(chǎn)生得諧波主要以5,7,11,

31、13次為主。高次諧波對(duì)電網(wǎng)主要影響：引起電氣設(shè)備發(fā)熱，振動(dòng)，增加損耗，縮短壽命，干擾通訊，使可控硅 誤觸發(fā)，部分繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣絕緣老化損壞等。以下作出中頻機(jī)單邊（一個(gè)繞組）六脈整流方式工作時(shí)得硬件仿真原理圖及電壓電流波形設(shè)計(jì)遵循得主要標(biāo)準(zhǔn)2、3、1總設(shè)計(jì)及制造標(biāo)準(zhǔn)：電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波電能質(zhì)量電壓波動(dòng)與閃變電能質(zhì)量供電電壓允許偏差低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件低壓無(wú)功就地補(bǔ)償裝置無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)條件 JB/T9663-1999GB/T14519-1993GB12326-1000GB12325-1990GB/T 15576-1995JB/T 7115-1993低壓無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出得諧波電流限值GB/T 17625、7-1998電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度GB/T 14543-1995鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)國(guó)標(biāo)GB