諧波治理培訓

1、電能質量（二）電能質量（二）諧波治理諧波治理個人簡介 劉成軍 男國家注冊電氣工程師（供配電） 國家一級注冊建造師（機電） 安徽大學工學學士（電氣工程及其自動化） 合肥工業(yè)大學工程碩士（柔性交流輸電系統(tǒng)） 近十年來一直致力于電能質量領域，圓滿完成數百個高、低壓動態(tài)無功補償、諧波治理等電能質量項目。 一、諧波的概念 基波：我國電網采用頻率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；諧波的分類正負零序諧波二、諧波的產生 諧波的產生主要是來自下列具有非線性特性非線性特性 的電氣設備 (1)具有鐵磁飽和特性的鐵芯沒備 如變壓器、電抗器等 此種設備產生諧波較少(2)以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質的設備 氣體放電燈、交流弧焊機、煉鋼電弧爐等 這種負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的開關電源設備 如：各種電力變流設備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調速和調壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關設備等 三、諧波的危害 (1)對旋轉電機的影響： 諧波對旋轉電機的危害主要是產生附加的損耗和轉矩。由于集膚效應、磁滯、渦流等隨著頻率 的增高而使在旋

3、轉 電機的鐵心和繞組 中產生的附加損耗 增加。降低使用壽 命 。 （2）對變壓器的影響： 諧波電流使變壓器的銅耗增加，特別是3次及其倍數次諧波對三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱；破壞變壓器絕緣，降低變壓器使用壽命。 (3)對輸電線路的影響： 在集膚效應的作用下，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，導致中性線過載 容易激勵出較大 的諧波諧振和諧 波放大，造成絕 緣擊穿的事故 (4)對電力電容器的影響： 會加速電容器的老化，容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命 ； 和系統(tǒng)引起諧振導致電容器鼓肚、燒毀、爆炸！ （5）影響繼電保護和自動裝置的工作

4、和可靠性： 會引起發(fā)保護誤動(若誤動引起跳閘，則后果嚴重) 6、使測量和計量儀器的指示和計量不準確; 7、干擾通信系統(tǒng)的工作; 8、對用電設備的不良影響; 四、諧波治理的現狀及治理方法 20世紀20年代和30年代在德國，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年國際電工委員會第一次制定了通用電氣設備產生諧波的限制標準IEC-55 1982年第一臺實用的有源電力濾波器投入運行 無源濾波器 無源電力濾波器是傳統(tǒng)的補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組合而成。 濾波裝置通常由若干個無源濾波器并聯而成，每個濾波器在一個諧波頻率附近或者在某一

5、個頻帶內呈現低阻特性，從而吸收諧波電流，使流入交流系統(tǒng)的諧波電流減小，達到抑制諧波的目的。 濾波器投入電網中工作時，往往與諧波源并聯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，還可兼顧無功補償的需要。 無源濾波器的形式 工程上實用的無源濾波裝置一般由一組或數組單調諧濾波器組成，每組單調諧濾波器調諧于需要濾除的諧波頻率上或者諧波頻率附近，當需要濾除更高頻率的諧波電流而幅值又較小時可以再加一組高通濾波器。 諧波電流諧波電流LOADLOAD負載負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 因其結構簡單； 電壓和容量可以做的很大； 在吸收諧波的基礎上還可以補償無功，改善功率因素； 維護方便； 造價低，運行費用也低； 對某一次高次諧波的吸收效果明顯； 設計制造經驗成熟。 因此成為傳統(tǒng)的補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，它能對大小變化的諧波以及變化的無功進行補償。它的基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網電流只含

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 1)實現了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應。 2)可同時對諧波和無功功率進行補償，補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要儲能元件容量也不大，且補償無功功率的大小可做到連續(xù)調節(jié)。 3)即使補償電流過大，有源電力濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補償用。 4)受電網阻抗的影響不大，不容易和電網阻抗發(fā)生諧振。 5)能跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受電網頻率

8、變化的影響。 6)既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償。諧波標準供電系統(tǒng)高次諧波的產生源 包括鐵磁飽和型、電子開關型和電弧型三大類。 一、磁飽和型設備（變壓器、電動機、電抗器等） 鐵芯設備諧波電流特點： 2、中性點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，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)高次諧波的產生源 理想三相橋式整流交流側電流為斷續(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)高次諧波的產生源 理想6 相橋式整流交流側電流為連續(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諧波電流兩者結合構成 6 相橋式整流電路 的諧波電流如圖c所示。 理想6 相橋式整流直流側的波頭脈動數P=12。供電系統(tǒng)高次諧波的產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生的諧波。 換流裝置交流側為諧波電流

10、源，特征諧波為h=KP 1； 換流裝置直流側為諧波電壓源，特征諧波為h=KP。 例如：單相全波，P=2，產生1、3、5、7次諧波； 三相半波，P=3，產生2、4、6、8次諧波； 三相全波，P=6，產生5、7、11、13次諧波。 可見，整流波形波頭脈動數P越大，諧波次數h越高，對應的h次諧波電流值Ih越小。 非特征諧波 指控制角不等，電壓、阻抗不對稱等因素產生次數不定的諧波。難以進行數值分析。供電系統(tǒng)高次諧波的產生源諧波 電力機車為波動性很大的、大功率單相整流負荷，有不對稱、非線性、波動性和功率大等的特點，將產生高次諧波和基波負序電流。 1、牽引網的供電方式 兩站距離4050Km； 供電距離20

11、25Km； 供電電壓110/27.5KV。 2、機車電路與電流波形 電力機車電路和注入電網電流波形如圖所示。由于采用單相全波整流，不采取措施將產生很大的諧波。供電系統(tǒng)高次諧波的產生源諧波供電系統(tǒng)高次諧波的產生源諧波特點 1）在工作狀態(tài)產生諧波。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）電力機車諧波為典型諧波電流源； 4）產生的諧波含量大、次數低（P=2），影響大。 4、諧波分析 1）注入牽引變電站的諧波電流，為多輛機車諧波電流的疊加，運行方式變化大、計算復雜，通常只能實測； 2）注入電網的諧波電流為不平衡諧波，可能包含正序、負序、零序性質的諧波； 治理電力機車諧波的濾波器有特殊要求。供電系統(tǒng)高次諧波的產生源諧波特點（影響最大） 1、產生隨機性、三相不平衡諧波和基