2022年供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

1、供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座無源電力濾波器的設(shè)計與調(diào)試華北電力高校電氣工程學院一、無源 LC濾波器基本原理和結(jié)構(gòu)LC濾波器仍是應用最多、最廣的濾波器；1、常用的兩種濾波器：調(diào)諧濾波器和高通濾波器；2、濾波器設(shè)計要求 1）使注入系統(tǒng)的諧波減小到國標答應的水平； 2）進行基波無功補償,供應負荷所需的無功功率；3、單調(diào)諧濾波器由圖主電路可求：fr1 /2LCh rfr/f 1XC/XL調(diào)諧頻率：調(diào)諧次數(shù)：ZR2 2fL2120R2Lf f 1XLLf 1XCfcf在諧振點：z R X1CC特點阻抗：品質(zhì)因數(shù)：qrLLRRC q為設(shè)計濾波器的重要參數(shù),典型值q=30 60；4、高通濾波器用于吸取某一次數(shù)及

2、其以上的各次諧波；如下列圖；Z2j1 CjjLR221RjLL2RLRR22L2R22LC復數(shù)阻抗：截止頻率：mLh0f021CRX C2 RCf021CRf1Rf1結(jié)構(gòu)參數(shù)：,一般取 m=2； q= 依據(jù)以上三式可設(shè)計高通濾波器的參數(shù)；二、濾波器設(shè)計內(nèi)容和運算公式1、濾波器參數(shù)挑選原就原就：最小投資；母線 THDU 和進入系統(tǒng)的諧波電流最?。粷M意無功補償?shù)囊?；保證安全、牢靠運行；參數(shù)設(shè)計、挑選前必需把握的資料： 1）系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備（變壓器、電纜等）資料； 2）系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等； 3）諧波源特性（諧波次數(shù)、含量、波動性能等）； 4）無功補償要求；要達到的濾波指標； 5

3、）濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載才能、溫度等要求；以上資料是濾波器參數(shù)挑選、設(shè)計必要條件；案例設(shè)計問題：沒有系統(tǒng)最終規(guī)模的諧波資料 2、濾波器結(jié)構(gòu)及接線方式挑選由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成,有時再加一組高通濾波器；工程接線可敏捷多樣, 但舉薦采納電抗器接電容低壓側(cè)的星形接線,主要優(yōu)點是： 1）任一電容擊穿短路電流??； 2）設(shè)備承擔的僅為相電壓； 3）便于分相調(diào)諧；高通濾波器多采納二階減幅型結(jié)構(gòu)（基波損耗小,頻率特性好,結(jié)構(gòu)簡潔）；經(jīng)濟緣由高通濾波器多用于高壓；1、濾波器參數(shù)挑選原就原就：最小投資；母線 THDU 和進入系統(tǒng)的諧波電流最??；滿意無功補償?shù)囊?；保證安全、牢靠運行；參數(shù)設(shè)計、挑選前必需

4、把握的資料： 1）系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備（變壓器、電纜等）資料； 2）系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等； 3）諧波源特性（諧波次數(shù)、含量、波動性能等）； 4）無功補償要求；要達到的濾波指標； 5）濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載才能、溫度等要求以上資料是濾波器參數(shù)挑選、設(shè)計必要條件；本案例 1 段母線濾波器接線（圖紙拷貝） ；3、濾波器設(shè)計參數(shù)的分析處理參數(shù)設(shè)計必需應依據(jù)實測值或確定牢靠的諧波運算值,但依據(jù)具體情形可作一些近似處理： 1）母線短路容量較小或換算得到的系統(tǒng)電抗（包括變壓器）XS 較大時,可忽視系統(tǒng)等值電阻 RS； 2）系統(tǒng)原有諧波水平應通過實測得到,在濾波器參數(shù)設(shè)計時,新老諧波電流源應

5、一起考慮； 3）L、C制造、測量存在誤差,以及f 、T 變化可能造成濾波器失諧,誤差分析是參數(shù)設(shè)計必需考慮的問題； 4）參數(shù)設(shè)計涉及技術(shù)指標、安全指標和經(jīng)濟指標,往往需經(jīng)多個方案比較后才能確定；4、濾波器方案與參數(shù)的分析運算1）確定濾波器方案確定用幾組單調(diào)諧濾波器,選高通濾波器截止頻率,以及用什么方式 滿意無功補償?shù)囊?；例如：三相全波整流型諧波源,可設(shè)5、7、11 次單調(diào)諧濾波器,高通濾波器截止頻率選 12 次；無功補償要求淡定量需求平穩(wěn)角度,通過計算綜合確定； 2）濾波器基本參數(shù)的分析電容器基本參數(shù)： 額定電壓 UCN、額定容量 QCN、基波容抗 XC,而 XC=3 U2CN/ QCN（這

6、里 QCN 是三相值）；為保證電容器安全運行,電壓應限制在肯定范疇內(nèi)；U2 C 1hU2 Ch1. 16UCNh 13）濾波器參數(shù)的初步運算（按正常條件）UC1h1UCh11. UCN設(shè) h 次諧波電壓含有率為HRUh,通過推導可得到：XCHRUh U1 q. hQCN3 U2 CN3 U2 CNIhhqXCHRUh U1Ih其中, q 為濾波器的正確品質(zhì)因數(shù)；以上是從保證電容器電壓要求初I2 C1I2 Ch.1 3ICN步挑選的參數(shù)；但為保證電容器的安全運行仍應滿意過電流和容量平 衡的要求,公式如下：Q CNQ C 1Q Ch4）濾波器參數(shù)的初步運算LXLIL 11 . 3QCN13 UCN

7、串聯(lián)電抗器參數(shù)XLXCh2以上為單調(diào)諧濾波器參數(shù)的初步挑選；5）濾波器參數(shù)的最終確定 濾波器最終參數(shù)需通過大量、多次頻率特性仿真運算結(jié)果確定；并根 據(jù)要求指標進行校驗；為保證安全運行,仍要選斷路器、避雷器、愛護等；自動調(diào)諧濾波器（轉(zhuǎn)變電感 緣由,目前應用不普遍；5、濾波器參數(shù)指標的校驗UCNhh21U125Uh2h2 L ）能提高濾波成效；但由于技術(shù)經(jīng)濟的1）電壓平穩(wěn)：校驗支路濾波電容器的額定電壓2）電流平穩(wěn)：校驗濾波電容器的過電流水平I2I21 3.IC1C 1Ch,IEC 為倍；3）容量平穩(wěn)： QCN= QC1（基波容量） + Q h 諧波容量 ；Q CNh U23 U2IhU 112ch

8、hh2ch2對濾波支路僅考慮 I1 和 Ih 通過時,近似有：6、其它分析、運算工作 1）濾波支路等值頻偏（總失諧度）的運算f11LCrf12LCqctgs/2 1coss22sins2）濾波支路品質(zhì)因數(shù)q 值的運算其中, s 為濾波器接點看進去的系統(tǒng)等值阻抗角；3）濾波器性能和二次愛護等分析運算 濾波器設(shè)計的技術(shù)性很強,需有特地的程序；除參數(shù)運算外,要能對 濾波器的諧波阻抗、綜合阻抗、諧波放大、局部諧振（串、并聯(lián)）等濾波 性能進行分析；三、案例濾波器設(shè)計方法介紹1、案例簡介 2、諧波數(shù)據(jù)合成中頻爐屬交直交供電,換流脈動數(shù)為6,特點諧波值為6K 1 次諧波；非對稱觸發(fā)等緣由,存在非特點諧波；福

9、建中試測試：線2、線 4 和中頻爐饋線；各諧波電壓畸變率全部超標, 5、11、13 及以上諧波電流超標；非在電網(wǎng)最小方式、鋼廠非滿負荷下的測試,測試結(jié)果偏小；及今后8 臺爐投運超標確定更大；設(shè)計問題：沒有單臺電爐諧波測試數(shù)據(jù),沒有新供電方案下負荷同時 運行測試數(shù)據(jù),需依據(jù)體會及現(xiàn)有供電方案諧波測試數(shù)據(jù)進行分析獵取設(shè) 計數(shù)據(jù)；按電爐變 80負荷率合成各母線諧波電流 ；3、基波無功容量運算按母線電爐全部運行功率因數(shù)大于,單爐運行功率因數(shù)應小于1,治理前平均功率因數(shù)取條件,通過程序運算各段母線的三相基波補償容量： 10KV I 段： Q= 10KV II 段： Q= 605 頻爐線： Q= 4、考核

10、標準運算和濾波器配置挑選依據(jù)各母線的短路容量,運算各段母線電爐運行過程中的諧波考核標準；以及對比合成的諧波電流水平,挑選、配置各段母線的濾波器；總電壓畸變率國標規(guī)定的限值各級電網(wǎng)諧波電壓限值（%）奇次偶次電壓（ KV）THD5. 43110 2答應注入電網(wǎng)的各次諧波電流國標規(guī)定限值（部分）短路容量不同時的換算公式：IhS kIhpS kj依據(jù)短路容量換算案例的各母線諧波電流答應值；標 稱 電基 準 短 路234567891011壓（ KV）容量（MVA）（I ）II605標稱電壓基準 短路12131415161718192021（KV）容量（MVA）（I ）II605標 稱 電 壓基 準 短

11、路 容2223232425（KV）量（ MVA）.（I ）II605與合成的案例諧波比較： 各母線諧波電流均超標,由于裝置的非同時觸發(fā),存在非特點諧波超標的現(xiàn)象；因此只能對主要的頻譜進行設(shè)置濾波器；由于電爐運行方式大幅度變化,特殊是10KV I 段負荷變化較大,受基波無功補償容量限制,參數(shù)設(shè)計存在難度及影響其濾波成效；綜合考慮：各母線配置5、7、11、13 次濾波器；5、濾波器參數(shù)設(shè)計（以 10KV I 段為例）由于中頻爐諧波為連續(xù)頻譜諧波,以及基波補償電容器的限制,濾 波器參數(shù)設(shè)計很難滿意要求,經(jīng)幾十次分析、比較,確定的案例最終單相 參數(shù)如下：電容器（ F）H5H7H11H13合計35三 相

12、 電 容 器18301350186012696309安 裝 容 量（kvar ）三 相 基 波 輸90066611087263400出容量（kvar ）電 抗 器 （ 毫 亨）考慮的問題：濾波成效,電壓、電流、容量是否能夠平穩(wěn),是否存在諧波 放大,無功是否過補等,通過對參數(shù)進行多次仿真,調(diào)整、比較和評估設(shè)計成效, ；1 段母線補償電容器和濾波器同時運行仿真示例：僅濾波器投入運行的仿真示例； ；四、設(shè)備定貨、施工和現(xiàn)場調(diào)試 1、擬合標準指標與產(chǎn)品定貨 按設(shè)計參數(shù)選配、擬合標準規(guī)格電容器,考慮電抗器調(diào)劑范疇,提出 溫升、耐壓、損耗等指標；電容器要求 +誤差,電抗器5%可調(diào),電容器質(zhì)量 ；留意濾波電

13、容器,干式、油侵電容器等問題 ；2、工程施工需要留意的問題 LC 濾波器屬工程,結(jié)合用戶現(xiàn)場條件、情形,設(shè)計單位應供應完善的 工程資料,安裝、施工要求；由于濾波器現(xiàn)場安裝,要求工程單位按設(shè)計 施工、保證質(zhì)量；做具體安裝檢查,保證連接正確,防止相序、設(shè)備接線 錯誤 案例施工中的問題：連接、愛護 3、現(xiàn)場調(diào)試主要要求和方法 1）要求：保證系統(tǒng)牢靠運行,防止系統(tǒng)與濾波器諧振造成的諧波放 大；投切過電壓限制在有效范疇內(nèi)；保證濾波本身安全運行,不會導致電 容、電感、電阻等不發(fā)生穩(wěn)態(tài)過負荷,以及投、切時的過電壓、過電流不 損壞本體設(shè)備；其中,多數(shù)與設(shè)計有關(guān) ；）步驟：測量各種工況諧波；運算系統(tǒng)和濾波器頻率

14、特性,討論是 2 否可能顯現(xiàn)諧波放大,打算濾波器是正調(diào)偏仍是負調(diào)偏；運算調(diào)整后的過 電壓、過電流；分析、考慮配置的愛護,避雷器對投切、斷路重視燃過電 壓有重要作用；編寫濾波器投入方案,測量考核濾波成效；案例調(diào)試中發(fā)生的問題： ； 3）方法：幅頻特性法：諧振時Z=R,濾波器電流最大；電阻上的電壓最大,濾波器總電壓最??；因此,通過觀測兩個電壓與預估的電壓比較,可確定調(diào) 諧回路的諧振；缺點：誤差大,有運算誤差、試驗誤差和觀測誤差；相頻特性法：把電阻電壓和濾波器總電壓分別送示波器兩個通道進 行相角比較,可確定濾波器是否諧振；可采納同軸或不同軸兩種方法；同 軸法看到的是點重合或相反,因此誤差大；不同軸法

15、通過橢圓變成直線確 定諧振,因此觀看比較簡潔,精確,工作量小；放電振蕩法：過程如圖放電時測量 R上電壓,記錄波形；測量周波時間,可運算諧振頻率；缺點：每測一次都需充、放 電一次,過程復雜,也不夠精確；因此,三種方法中,相頻特性法比較有用,而且可用頻率計實際測量 諧振頻率；轉(zhuǎn)變信號發(fā)生器頻率,仍可以測量濾波器的阻抗頻率特性；實際工程一般采納-5%（負偏）調(diào)諧濾波器；4、案例工程運行測試結(jié)果（1 段母線）投運前：電壓（ V）電流（ A）功率因數(shù)電 壓 總 畸 變電 流 總 畸 變9800540率%率%投運后：電壓（ V）電流（ A）功率因數(shù)電 壓 總 畸 變電 流 總 畸 變率%率%10200 5

16、60投運后各次諧波電流的 95%最大值五、關(guān)于電弧爐諧波治理的簡介1、電弧爐負荷特點和治理要求 1）三相負荷電流嚴峻不對稱,嚴峻時負序可達正序的50%60%,熔化期也占 20%；需解決不平穩(wěn)問題； 2）含有 2、3、4、 5、 7 等次諧波,產(chǎn)生的諧波電流頻譜廣,含有偶次諧波,諧波治理要求高； 3）電弧爐隨機運行在開路- 短路 - 過載狀態(tài),很大的功率沖擊,引起 PCC母線電壓變動,存在電壓閃變問題； 4）電爐變壓器和短網(wǎng)消耗大量無功,因此運行功率因數(shù)特別低,增大電網(wǎng)損耗、降低電壓水平；小容量電弧爐可用 用 C型電力濾波器； LC 無源濾波器,但對設(shè)計的要求比較高,一般采2、常用 SVC形式和 TCR補償原理常用的SVC有晶閘管掌握電抗器（TCR）、自飽和電抗器（SR）和晶閘管投切電容器（ TSC）三種； TCR 原理、結(jié)構(gòu),以