電力系統(tǒng)諧波與無功補(bǔ)償-4

1、 電力系統(tǒng)諧波與無功補(bǔ)償電力系統(tǒng)諧波與無功補(bǔ)償教研室：電機(jī)與電力電子教研室：電機(jī)與電力電子教教 師：李亞斌師：李亞斌電電 話：話：1358222815613582228156課件4無功補(bǔ)償電容器和LC濾波器4.1 無功補(bǔ)償電容器14.2 LC濾波器4.1無功補(bǔ)償電容器p 控制無功功率的方法：1）同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁（過勵(lì)），電廠；2）同步電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，大用戶； 正常勵(lì)磁：功率因數(shù)為1,阻性。 欠勵(lì)：電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)滯后,感性。 過勵(lì)：功率因數(shù)超前,容性3）同步調(diào)相機(jī)，不帶負(fù)載空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，樞紐變電所； 欠勵(lì)：相當(dāng)于電感。 過勵(lì)：相當(dāng)于電容 一般都工作在過勵(lì)狀態(tài)，為電網(wǎng)提供感性

2、無功。24.1無功補(bǔ)償電容器p 控制無功功率的方法：4）并聯(lián)電容器：裝于變電所或負(fù)載處（就地補(bǔ)償）；5）靜止無功補(bǔ)償裝置：具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，性能好。 大用戶，樞紐變電站2 并聯(lián)電容器簡單經(jīng)濟(jì)、方便靈活，應(yīng)用廣泛。4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.1 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的原理：222cosLLRRXXLCRLIII投入電容器后4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.1 并聯(lián)電容器補(bǔ)償 無功功率的原理：2欠補(bǔ)償：功率因數(shù)滯后完全補(bǔ)償：功率因數(shù)為1過補(bǔ)償：功率因數(shù)超前過補(bǔ)償會(huì)使節(jié)點(diǎn)電壓升高，進(jìn)而增大電容器本身損耗，不希望出現(xiàn)！4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的方式：2集中補(bǔ)償：裝于企業(yè)或總降

3、壓變電所（610kV），用來提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，減小高壓線路的損耗。分組補(bǔ)償：裝在功率因數(shù)較低的終端變電所內(nèi)，補(bǔ)償范圍較小，也叫分散補(bǔ)償。就地補(bǔ)償：將電容器直接裝在需要補(bǔ)償?shù)母行詿o功設(shè)備附近，也稱單獨(dú)補(bǔ)償。 統(tǒng)籌考慮，合理布局，取得好的經(jīng)濟(jì)效益。4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.3 并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算：21212(tantan)CavCCavCCQQQPorQP qavCP12Cq最大用功計(jì)算負(fù)荷（kW）月平均負(fù)載率（0.70.8）補(bǔ)償前的功率因數(shù)角補(bǔ)償后的功率因數(shù)角電容器補(bǔ)償率補(bǔ)償率kVar/kW4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.3 并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算：23323/33103101 /

4、10VIAFCCCUQUIUCC UUC線 電 壓 （）電 容 器 的 線 電 流 （）每 相 電 容 器 的 電 容 量 （）p 星型連接4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.3 并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算：2332333103101 /310VIAFCCCUQU IUCC UUC線 電 壓 （）電 容 器 的 線 電 流 （）每 相 電 容 器 的 電 容 量 （）p 角型連接一般電力補(bǔ)償電容器都采用三角型連接4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.4 并聯(lián)電容器的放電回路和自動(dòng)投切2p 放電回路 電容器斷開后，為保證檢修人員的安全，電容器需盡快放電，要求在30s之內(nèi)，電容器端電壓降到65V以下，因此需裝設(shè)放電電

5、阻（也可用電壓互感器線圈放電）。p 自動(dòng)投切 電容器一般分為幾組，根據(jù)運(yùn)行情況自動(dòng)投切。1）按母線電壓高低；2）按無功功率的方向；3）按功率因數(shù)的大小；4）按負(fù)載電流的大??；5）按晝夜時(shí)間劃分。4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.5 并聯(lián)電容器和諧波的相互影響2p 直接影響 諧波電流使電容器有效值增大、發(fā)熱，影響壽命。 諧波電壓使電壓峰值增大、諧波電流增大，還可造成電容器內(nèi)部局部擊穿。電容器的補(bǔ)償容量和電壓的平方成正比。p 諧波放大 電容器和網(wǎng)絡(luò)或負(fù)載的電感諧振，將諧波電流放大，不僅威脅自身，而且嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的正常運(yùn)行。4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.5 并聯(lián)電容器和諧波的相互影響2容抗和感抗相等時(shí)，將發(fā)

6、生并聯(lián)諧振。p 諧波放大 并聯(lián)電容器后的諧波等效電路和等效阻抗。snZ ()cnsnsnsncnjXZRj XX4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.5 并聯(lián)電容器和諧波的相互影響snI()cnnsnsncnjXIRj XXcnI()snsnnsnsncnRjXIRj XX諧波電流源的電流大小和外阻抗無關(guān)當(dāng)發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，諧振電流將會(huì)很大！諧振頻率次數(shù)為：/csnXXsXcX基波感抗、容抗4.1無功補(bǔ)償電容器4.1.5 并聯(lián)電容器和諧波的相互影響系統(tǒng)中諧波電流源的電流大小和外阻抗無關(guān)電容器串聯(lián)電感：減小電流沖擊；使諧振點(diǎn)偏離（變低）4.2 LC濾波器4.2 LC濾波器系統(tǒng)抑制諧波的方法：1）補(bǔ)償：無源L

7、C濾波器和有源濾波器APF；2）改造諧波源：增加整流相數(shù)；高功率因數(shù)整流器。4.2.1 LC濾波器的結(jié)構(gòu)和基本原理 濾波電容、電抗器和電阻的適當(dāng)組合。 與諧波源并聯(lián)，除濾波外還兼顧無功功率的補(bǔ)償。 分為：單調(diào)諧、高通、雙調(diào)諧等幾種。1）單調(diào)諧濾波器Rfn遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的阻抗Zs，諧波電流絕大部分流入濾波器。fn1Z()fnssRj nLnCfnZ1n=fnsRLC4.2 LC濾波器s：基波角頻率2）高通濾波器在高頻段（很寬的頻段范圍內(nèi)）呈現(xiàn)低阻抗特性。1n111Z()ssjnCRjnL4.2 LC濾波器3）雙調(diào)諧濾波器投資較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)諧困難，應(yīng)用很少。4.2 LC濾波器p 濾波器性能指標(biāo)

8、各次諧波電壓含有率； 電壓總畸變率； 注入電網(wǎng)的各次諧波電流值； 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（投資、運(yùn)行費(fèi)用等）4.2.2 LC濾波器的設(shè)計(jì)p 注意事項(xiàng) L、C參數(shù)偏差、頻率變化引起失諧； 防止濾波器和電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振。4.2 LC濾波器p 濾波裝置的確定 初次設(shè)計(jì)； 計(jì)算濾波器之間的相互影響； 考慮并聯(lián)電容器（補(bǔ)償無功）的影響，進(jìn)一步修正濾波器的參數(shù)。p 濾波裝置的構(gòu)成 根據(jù)實(shí)測的諧波數(shù)據(jù)、電網(wǎng)阻抗特性一對一設(shè)計(jì)； 一般單調(diào)諧濾除5、7、11次等特征諧波，高通濾波器濾除13次以上的（截至頻率設(shè)計(jì)在12次）； 非特征次諧波按實(shí)際情況選擇設(shè)計(jì)； 按濾波要求設(shè)計(jì)濾波器，無功容量不夠再加裝并聯(lián)電容器。4.2 LC

9、濾波器p 考慮單調(diào)諧濾波器的失諧4.2.3 LC單調(diào)諧濾波器的設(shè)計(jì)00fn022fn1X=XQ =1=(+)21ZX(2)|Z|14rrfnnfnLCRfLCfLCjQRQ諧振時(shí)的感抗和容抗濾波器Q值（銳度）定義失諧偏差濾波器失諧阻抗失諧阻抗諧波電流諧波電壓4.2 LC濾波器4.2.3 LC單調(diào)諧濾波器的設(shè)計(jì) 濾波器通頻帶 PB：在最大等效頻率偏差m范圍內(nèi)，Zfn的最大值與最小值之比為1.414.所對應(yīng)的頻率范圍。nPBQ濾波器的Q值越高，其通頻帶越窄，對頻率的偏差越敏感。4.2 LC濾波器則4.2.3 LC單調(diào)諧濾波器的設(shè)計(jì)p 最佳Q值的確定moptmcos+1Q=30 602 sin濾波器

10、的損耗和通頻帶PB、Q值關(guān)系密切，提高Q值（電阻?。⑹箵p耗減小，但Q值太大，通頻帶又太窄，濾波器對參數(shù)偏差敏感，一般m系統(tǒng)的特征阻抗角，一般為800 850左右4.2 LC濾波器4.2.4 LC單調(diào)諧濾波器的最小濾波電容設(shè)計(jì)方法p 最小濾波電容安裝容量1ssnLnC濾波器的電容安裝容量越小，則濾波器的投資越小。2111211sssUnICUnLC 濾波器除流過諧波電流In外，在基波電壓U1的作用下還會(huì)流過基波電流I1：4.2 LC濾波器 調(diào)諧在n次諧振頻率的單調(diào)諧濾波器有如下關(guān)系：4.2.4 LC單調(diào)諧濾波器的最小濾波電容設(shè)計(jì)方法22112222111 112211111(1)nnnssss

11、SQQIICnCn UnQU ICUnCQ n利用上2式化簡得：4.2 LC濾波器濾波器的安裝容量Sn應(yīng)為基波無功容量Q1和諧波無功容量Qn的和。2221112()(1)nnU InSQQnn取基準(zhǔn)容量：1BnSU I標(biāo)幺值：21211*(*)(1)*nnSQnnQ4.2.4 LC單調(diào)諧濾波器的最小濾波電容設(shè)計(jì)方法1*1/,*nQnS得出最下電容量：4.2 LC濾波器當(dāng) 為最小，且2min2221minmin122*(1)(1)nsnSn nnQCUnp 以此電容為n次濾波器的選取電容基準(zhǔn)，進(jìn)而求取電感和電阻值。2min21(1)nsInCUnn4.2.4 LC單調(diào)諧濾波器的最小濾波電容設(shè)計(jì)方

12、法 電感值為：4.2 LC濾波器p 外加電阻值為計(jì)算值 減去 電感繞組的自身電阻。22min1sLnC 電阻值為：soptnLRQ4.2.5 高通濾波器的設(shè)計(jì)方法 當(dāng)頻率很高時(shí)，ZnR，實(shí)際上當(dāng)頻率高于一定頻率后，濾波器在很寬的頻率范圍內(nèi)都具有：4.2 LC濾波器012fRC 截止頻率：|nZR實(shí)現(xiàn)了高通濾波。 Q值：0.7 1.4nRQLQp 和單調(diào)諧濾波器和單調(diào)諧濾波器Q Q值定義不同！值定義不同！4.2.6 綜合頻率特性分析及濾波器的最后確定 初步設(shè)計(jì)完后，必須通過系統(tǒng)諧波電壓源和諧波電流源的校驗(yàn)。4.2 LC濾波器4.2.6 綜合頻率特性分析及濾波器的最后確定 諧波電流源單獨(dú)作用，電壓

13、源等效為短路。4.2 LC濾波器*nnZIIZsZ 根據(jù)各次諧波電流的大小和此時(shí)除電網(wǎng)阻抗Zs外總的并聯(lián)等效阻抗Z，求注入電網(wǎng)的各次諧波電流值：4.2.6 綜合頻率特性分析及濾波器的最后確定 諧波電流源單獨(dú)作用，電壓源等效為短路。4.2 LC濾波器*nnUZ I 根據(jù)各次諧波電流的大小和此時(shí)總的等效阻抗，求得各次的諧波電壓：4.2.6 綜合頻率特性分析及濾波器的最后確定 諧波電壓源單獨(dú)作用，電流源等效為開路。4.2 LC濾波器*nnsZUUZZ 根據(jù)各次諧波電壓的大小和此時(shí)總的等效阻抗，求得各次的諧波電壓在母線上的分壓值：4.2.6 綜合頻率特性分析及濾波器的最后確定 求出總的電壓畸變和流入電

14、網(wǎng)的諧波電流和規(guī)定值比較，看是否符合要求，不符合要繼續(xù)修改：調(diào)整諧振點(diǎn)或各次濾波器的Q值。一般經(jīng)過3次修改可滿足要求。4.2 LC濾波器4.3 LC濾波器仿真1）電網(wǎng)電壓10.5kv，電源內(nèi)阻抗R0.8歐，L16毫亨。2）線路阻抗R/L，R12歐，L20毫亨。3）變壓器：S1000KVA，10/0.4KV，1次角接，二次星接，4）整流器采用三相全控晶閘管整流橋，直流電感50毫亨，負(fù)載電阻1歐。5）整流器觸發(fā)角為60度6）無源濾波器設(shè)計(jì)為5次、7次、11次（Q選擇為60），二階高通濾波器（Q選為1）。7）要求功率因數(shù)大于0.85。簡單例子4.3 LC濾波器仿真4.3 LC濾波器仿真High-passdamped filterTuned filtersCapacitor bancs3C2B1AABCABCQ=20ABCABCCABCABCABCABC7thQ=50ABCABC5thQ=50 ABCABC11thQ=504.3 LC濾波器仿真0200400600800100000.20.40.60.81ImpedanceImpedance (ohms)Frequency (