諧波濾波技術(shù)講座

諧波濾波技術(shù)

主講人：張宗有西安森寶電力電子設(shè)備有限公司目錄1.諧波的概念1.1諧波的定義1.2諧波的表示1.3諧波的標(biāo)準(zhǔn)1.4諧波的危害1.5產(chǎn)生諧波的常用設(shè)備及諧波量估算2.諧波的原理2.1疊加原理計(jì)算諧波2.2系統(tǒng)阻抗對(duì)諧波分流的影響2.3現(xiàn)代整流機(jī)組的抑制諧波2.4單調(diào)諧濾波器2.5二階高通濾波器2.6C型高通濾波器2.7第三繞組濾波2.8與其他用戶公用母線的濾波器3.無功補(bǔ)償與濾波的關(guān)系3.1無源濾波兼具無功補(bǔ)償3.2失諧濾波器3.3調(diào)諧濾波器3.4調(diào)諧濾波器的分組投切4.有源濾波器4.1低壓有源濾波器4.2高壓有源濾波器5.濾波器的典型接線與布置5.1低壓濾波器5.210kV高壓濾波器5.335kV高壓濾波器5.4110kV高壓濾波器6.濾波器設(shè)計(jì)所需資料1.諧波的概念1.1諧波的定義

對(duì)于周期變化的非正弦波，可用傅立葉級(jí)數(shù)進(jìn)行分解為：或：式中：n=1為基波頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量稱為諧波1.2諧波的表示a)n次諧波電壓含有率：b)n次諧波電流含有率：c)電壓諧波總畸變率：d)電流諧波總畸變率：1.3諧波的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)標(biāo)稱電壓kV電網(wǎng)總諧波畸變率0/0各次諧波電壓含有率，0/0奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8a)公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值：b)諧波電流允許值注：220kV基準(zhǔn)短路容量取2000MVAC)當(dāng)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的最小短路容量不同于上表的基準(zhǔn)容量時(shí)，按下式修正表中的諧波電流允許值：式中：—公共連接點(diǎn)的最小短路容量，MVA—基準(zhǔn)短路容量，MVA—上表中的第h次諧波電流允許值，A—短路容量為SK1時(shí)的第h次諧波電流允許值。d)在共同連接點(diǎn)處第i個(gè)用戶的第h次諧波電流允許值（Ihi)按下式計(jì)算：式中：Si—第i個(gè)用戶的用電協(xié)議量，MVA

St—公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量，MVAα—相位疊加系數(shù)，按下表取值，21.91.81.41.21.1α9,|>13|偶次1311753h1.4諧波的危害1.對(duì)供配電線路的危害（1）影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行

（2）影響電網(wǎng)的質(zhì)量2.對(duì)電力設(shè)備的危害（1）對(duì)電力電容器的危害（2）對(duì)電力變壓器的危害（3）對(duì)電力電纜的危害（4）對(duì)弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾（5）影響電力測(cè)量的準(zhǔn)確性1.5產(chǎn)生諧波的常用設(shè)備及諧波量估算類型特征諧波6脈整流：5，7，11…=6k±112脈整流：11，13，23…=12k±148脈整流：47，49，95…=48k±12，3，4，5，6，7次諧波發(fā)生量估算I5=1/5I1I7=1/7I1I11=1/11I1I13=1/13I1Ih=1/hI1I2=1.5～3.2%I1I3=3.5～6%I1I4=0.7～1.1%I1I5=2.8～5%I1I6=0.5～0.6%I1I7=0.5～1.5%I12.濾波的原理2.1疊加原理計(jì)算諧波（a)工頻電源的作用（b)諧波電流的作用2.2系統(tǒng)阻抗對(duì)諧波分流的作用Is(h)=Ih×Zf(h)/（Zs(h)+Zf(h)）Is(h)—流入系統(tǒng)的h次諧波

Ih—諧波負(fù)載產(chǎn)生的h次諧波電流Zf(h)—h次頻率下的濾波器等效阻抗ZS(h)—h次頻率下系統(tǒng)阻抗2.3現(xiàn)代整流機(jī)組的抑制諧波a)2臺(tái)變壓器星三角變換移相30度組成12脈整流。I1(6)=ImSin(6ωt+0)I1(6)=ImSin6(ωt+30)=ImSin(6ωt+180)I1+I2=0

00300

公式列表接線原理圖b)4臺(tái)12脈機(jī)組移相7.5度組成48脈整流I1(12)=ImSin(12ωt+0)I2(12)=ImSin12(ωt+7.5)=ImSin(12ωt+90)I3(12)=ImSin12(ωt+15)=ImSin(12ωt+180)I4(12)=ImSin12(ωt+22.5)=ImSin(12ωt+270)I1+I2+I3+I4=000

7.5015022.50公式列表接線原理圖2.4單調(diào)諧濾波器全調(diào)諧時(shí)：發(fā)生并聯(lián)諧振的條件：并聯(lián)諧振舉例：一個(gè)100MVA的10kV系統(tǒng)，電容補(bǔ)償量為3000Kvar時(shí)，基波容抗為：KX為電抗率對(duì)5次濾波器，KX=4%，則：假如負(fù)荷產(chǎn)生2A的4次諧波，則在4次諧波頻率下濾波器的阻抗為：負(fù)數(shù)為容性200HZ下系統(tǒng)阻抗為：此時(shí)流入系統(tǒng)的4次諧波電流為：如果系統(tǒng)短路容量正好為128MVA，則：IS（4）∞放大3.57倍2.5二階高通濾波器電感并聯(lián)的等效阻抗：式中：a)不并電阻的頻率曲線b)并電阻后的頻率曲線2.6C型高通濾波器2.7第三繞組濾波器2.8與其他用戶共用母線的濾波器當(dāng)某個(gè)用戶的電源進(jìn)線側(cè)安裝濾波器時(shí)，如果同一個(gè)母線上還有其它濾波用戶（見下圖），則由于濾波器的調(diào)諧頻率下的阻抗遠(yuǎn)低于系統(tǒng)阻抗造成母線上的所有諧波流入濾波器，此時(shí)在PCC點(diǎn)測(cè)得的諧波電流就有可能是其它諧波源流過來的，而不是該用戶流入系統(tǒng)的。此時(shí)判斷濾波器是否有效的依據(jù)應(yīng)是母線上諧波電壓畸變率的下降而不能依據(jù)PCC點(diǎn)測(cè)得的諧波電流大小。

上圖中，當(dāng)Zf(h)<<Xs(h)時(shí)，Ih1、Ih2、Ih3的大部分都流入濾波器，此時(shí)在PCC點(diǎn)測(cè)得的電流為Ih1+Ih2。3.無功補(bǔ)償與濾波的關(guān)系3.1無源濾波器兼具無功補(bǔ)償在供電壓下，由于濾波器的容抗遠(yuǎn)大于感抗，即1/WC>>wL,而Qc=

Un×Un1/wC-wL

所以無源濾波器總是會(huì)輸出容性無功

濾波器兼具補(bǔ)償?shù)脑?.2失諧濾波器

當(dāng)諧波負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流不超標(biāo)時(shí)，安裝的電容器可以采用失諧濾波器，此時(shí)電容器只要抑制諧波不放大即可，電容器只吸收少量的諧波。例如只產(chǎn)生5次及以上諧波的用戶，可以將濾波器的調(diào)諧頻率調(diào)至4.08次，這樣在5次及以上濾波器的阻抗呈感性且大于系統(tǒng)阻抗，所以吸收的諧波電流很少，而且不會(huì)在5次以及以上頻率下發(fā)生并聯(lián)諧振。3.3調(diào)諧濾波器

當(dāng)諧波負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流超標(biāo)時(shí)，安裝的電容器必須采用調(diào)諧濾波器，調(diào)諧濾波器就是在最大的幾個(gè)特征調(diào)諧頻率下必須使濾波器的阻抗遠(yuǎn)小于系統(tǒng)阻抗，使這些諧波電流都流入濾波器。3.4調(diào)諧濾波器的分組投切特別是在低壓分組投切的情況下，分組自動(dòng)投切往往是逐組試探往上投直至無功平衡才停止進(jìn)一步投入，當(dāng)投入第一組時(shí)，所有的濾波電流都將流入該組濾波器。如果單組濾波器容量不夠?qū)?huì)導(dǎo)致濾波器的燒毀。另外各組濾波器的阻抗不可能調(diào)整到完全一致，這也會(huì)產(chǎn)生諧波電流在個(gè)組間分流不均的現(xiàn)象。

因此，采用分組投切時(shí)，第一組的容量必須足以承受全部的濾波電流的流入，而且在無功過補(bǔ)時(shí)也不能切除。除非負(fù)荷已完全停止工作，在過補(bǔ)的情況下為了確保濾波效果，建議并聯(lián)電抗器僅補(bǔ)無功或采用有源濾波器。4.有源濾波器4.1低壓有源濾波器

有源電力濾波器（APF：ActivePowerFilter）采用并聯(lián)的方式，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變換技術(shù)，將與諧波和無功分量大小相等、方向相反的電流注入供配電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功的功能。

低壓有源濾波原理圖特點(diǎn)：1．實(shí)時(shí)跟蹤、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償2．諧波無功同時(shí)補(bǔ)償3．DSP智能監(jiān)控4．電流跟蹤控制4.2高壓有源濾波器

高壓有源濾波器是在已有的成熟的低壓有源濾波器技術(shù)通過隔離變壓器以及高壓電容器直接注入高壓母線實(shí)現(xiàn)的。

5.濾波器的典型接線及布置5.1低壓濾波器5.210kV高壓濾波器10kV一次接線圖5.335kV高壓濾波器5.4110kV高壓濾波器6.濾波器設(shè)計(jì)所需資料1.系統(tǒng)參考圖

(a)整流型負(fù)荷（含中頻爐）(b)電弧型負(fù)荷2、短路容量（如已有廠內(nèi)進(jìn)線的，可以不填總進(jìn)線的）3.變壓器短路容量進(jìn)線廠內(nèi)母線最大（MVA)最?。∕VA)名稱變比容量（kVA）臺(tái)數(shù)阻抗電壓（％）脈動(dòng)數(shù)過負(fù)荷倍數(shù)主變整流變電弧變4、如果有兩臺(tái)及以上主變主變運(yùn)行方式（打“√”）：□分列運(yùn)行□并列運(yùn)行5、有多臺(tái)整流變時(shí)單臺(tái)整流變的脈動(dòng)數(shù)是（打“√”）：□6脈□12脈所有整流變組成的脈動(dòng)數(shù)：

。6、濾波器安裝位置：□低壓□高壓7、濾波器接入電壓（kv）：

。負(fù)荷情況1.已安裝電容器情況接線系統(tǒng)電壓（kv）容量（kvar）組數(shù)電容器額定電壓（kv）電抗率（％）2、自然功率因數(shù)：

。3、總進(jìn)線處平均電流：

。4、月電費(fèi)單總