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、PAGE PAGE 14供電系統(tǒng)統(tǒng)諧波治治理技術(shù)術(shù)講座無源電力力濾波器器的設(shè)計(jì)計(jì)與調(diào)試試華北電力力大學(xué)電電氣工程程學(xué)院20044.100.200一、無源源LC濾濾波器基基本原理理和結(jié)構(gòu)構(gòu)LC濾波波器仍是是應(yīng)用最最多、最最廣的濾濾波器。1、常用用的兩種種濾波器器：調(diào)諧諧濾波器器和高通通濾波器器。2、濾波波器設(shè)計(jì)計(jì)要求 11）使注注入系統(tǒng)統(tǒng)的諧波波減小到到國標(biāo)允允許的水水平； 22）進(jìn)行行基波無無功補(bǔ)償償，供給給負(fù)荷所所需的無無功功率率。3、單調(diào)調(diào)諧濾波波器由圖主電電路可求求：調(diào)諧頻率率：調(diào)諧次數(shù)數(shù)：在諧振點(diǎn)點(diǎn)：zR 特征阻抗抗：品質(zhì)因數(shù)數(shù)： q為設(shè)設(shè)計(jì)濾波波器的重重要參數(shù)數(shù)，典型型值q=3060

2、。4、高通通濾波器器用于吸收收某一次次數(shù)及其其以上的的各次諧諧波。如如圖所示示。復(fù)數(shù)阻抗抗：截止頻率率：結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)：，一一般取mm=0.522； q=00.7 11.4依據(jù)以上上三式可可設(shè)計(jì)高高通濾波波器的參參數(shù)。二、濾波波器設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容和和計(jì)算公公式1、濾波波器參數(shù)數(shù)選擇原原則原則：最最小投資資；母線線 TTHDUU 和進(jìn)進(jìn)入系統(tǒng)統(tǒng)的諧波波電流最最??；滿滿足無功功補(bǔ)償?shù)牡囊?；保證安安全、可可靠運(yùn)行行。參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)、選擇擇前必須須掌握的的資料：1）系統(tǒng)統(tǒng)主接線線和系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備（變壓器器、電纜纜等）資資料；2）系統(tǒng)統(tǒng)和負(fù)荷荷的性質(zhì)質(zhì)、大小小、阻抗抗特性等等；3）諧波波源特性性（諧波波次數(shù)、含量、波動(dòng)

3、性性能等）；4）無功功補(bǔ)償要要求；要要達(dá)到的的濾波指指標(biāo)；5）濾波波器主設(shè)設(shè)備參數(shù)數(shù)誤差、過載能能力、溫溫度等要要求。以上資料料是濾波波器參數(shù)數(shù)選擇、設(shè)計(jì)必必要條件件。案例設(shè)計(jì)計(jì)問題：沒有系系統(tǒng)最終終規(guī)模的的諧波資資料2、濾波波器結(jié)構(gòu)構(gòu)及接線線方式選選擇由一組或或數(shù)組單單調(diào)諧濾濾波器組組成，有有時(shí)再加加一組高高通濾波波器。工工程接線線可靈活活多樣，但推薦薦采用電電抗器接接電容低低壓側(cè)的的星形接接線，主主要優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是： 11）任一一電容擊擊穿短路路電流小??； 22）設(shè)備備承受的的僅為相相電壓； 33）便于于分相調(diào)調(diào)諧。高通濾波波器多采采用二階階減幅型型結(jié)構(gòu)（基波損損耗小，頻率特特性好，結(jié)構(gòu)簡簡單）

4、。經(jīng)濟(jì)原原因高通通濾波器器多用于于高壓。1、濾波波器參數(shù)數(shù)選擇原原則原則：最最小投資資；母線線 TTHDUU 和進(jìn)進(jìn)入系統(tǒng)統(tǒng)的諧波波電流最最??；滿滿足無功功補(bǔ)償?shù)牡囊?；保證安安全、可可靠運(yùn)行行。參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)、選擇擇前必須須掌握的的資料：1）系統(tǒng)統(tǒng)主接線線和系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備（變壓器器、電纜纜等）資資料；2）系統(tǒng)統(tǒng)和負(fù)荷荷的性質(zhì)質(zhì)、大小小、阻抗抗特性等等；3）諧波波源特性性（諧波波次數(shù)、含量、波動(dòng)性性能等）；4）無功功補(bǔ)償要要求；要要達(dá)到的的濾波指指標(biāo)；5）濾波波器主設(shè)設(shè)備參數(shù)數(shù)誤差、過載能能力、溫溫度等要要求以上資料料是濾波波器參數(shù)數(shù)選擇、設(shè)計(jì)必必要條件件。本案例11段母線線濾波器器接線（圖紙拷拷貝）

5、。3、濾波波器設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)的的分析處處理參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)必須應(yīng)應(yīng)依據(jù)實(shí)實(shí)測值或或絕對(duì)可可靠的諧諧波計(jì)算算值，但但根據(jù)具具體情況況可作一一些近似似處理：1）母線線短路容容量較小小或換算算得到的的系統(tǒng)電電抗（包包括變壓壓器）XXS較大大時(shí)，可可忽略系系統(tǒng)等值值電阻RRS；2）系統(tǒng)統(tǒng)原有諧諧波水平平應(yīng)通過過實(shí)測得得到，在在濾波器器參數(shù)設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，新老諧諧波電流流源應(yīng)一一起考慮慮； 3）L、C制造、測量存存在誤差差，以及及f、T變化可可能造成成濾波器器失諧，誤差分分析是參參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)必須考考慮的問問題；4）參數(shù)數(shù)設(shè)計(jì)涉涉及技術(shù)術(shù)指標(biāo)、安全指指標(biāo)和經(jīng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)，往往往需經(jīng)多多個(gè)方案案比較后后才能確確定。4、濾波波器

6、方案案與參數(shù)數(shù)的分析析計(jì)算1）確定定濾波器器方案確定用幾幾組單調(diào)調(diào)諧濾波波器，選選高通濾濾波器截截止頻率率，以及及用什么么方式滿滿足無功功補(bǔ)償?shù)牡囊?。例如：三三相全波波整流型型諧波源源，可設(shè)設(shè)5、7、11次單單調(diào)諧濾濾波器，高通濾濾波器截截止頻率率選122次。無無功補(bǔ)償償要求從從容量需需求平衡衡角度，通過計(jì)計(jì)算綜合合確定。2）濾波波器基本本參數(shù)的的分析電容器基基本參數(shù)數(shù)：額定定電壓UUCN、額定容容量QCCN、基基波容抗抗XC，而而XC=3 UU2CNN/ QQCN（這里QQCN 是三相相值）。為保證電電容器安安全運(yùn)行行，電壓壓應(yīng)限制制在一定定范圍內(nèi)內(nèi)。3）濾波波器參數(shù)數(shù)的初步步計(jì)算（按正常

7、常條件）設(shè)h次諧諧波電壓壓含有率率為HRRUh，通過推推導(dǎo)可得得到：其中，qq 為濾濾波器的的最佳品品質(zhì)因數(shù)數(shù)。以上上是從保保證電容容器電壓壓要求初初步選擇擇的參數(shù)數(shù)。但為為保證電電容器的的安全運(yùn)運(yùn)行還應(yīng)應(yīng)滿足過過電流和和容量平平衡的要要求，公公式如下下：4）濾波波器參數(shù)數(shù)的初步步計(jì)算串聯(lián)電抗抗器參數(shù)數(shù)以上為單單調(diào)諧濾濾波器參參數(shù)的初初步選擇擇。5）濾波波器參數(shù)數(shù)的最后后確定濾波器最最終參數(shù)數(shù)需通過過大量、多次頻頻率特性性仿真計(jì)計(jì)算結(jié)果果確定；并根據(jù)據(jù)要求指指標(biāo)進(jìn)行行校驗(yàn)。為保證安安全運(yùn)行行，還要要選斷路路器、避避雷器、保護(hù)等等。自動(dòng)調(diào)諧諧濾波器器（改變變電感 L）能能提高濾濾波效果果。但由由

8、于技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)的的原因，目前應(yīng)應(yīng)用不普普遍。5、濾波波器參數(shù)數(shù)指標(biāo)的的校驗(yàn)1）電壓壓平衡：校驗(yàn)支支路濾波波電容器器的額定定電壓2）電流流平衡：校驗(yàn)濾濾波電容容器的過過電流水水平，IECC為1.445倍。3）容量量平衡：QCNN= QQC1（基波容容量）+Q hh (諧諧波容量量)；對(duì)濾波支支路僅考考慮I11 和Ih 通過時(shí)時(shí)，近似似有：6、其它它分析、計(jì)算工工作1）濾波波支路等等值頻偏偏（總失失諧度）的計(jì)算算2）濾波波支路品品質(zhì)因數(shù)數(shù)q值的計(jì)計(jì)算其中，s為濾波波器接點(diǎn)點(diǎn)看進(jìn)去去的系統(tǒng)統(tǒng)等值阻阻抗角。3）濾波波器性能能和二次次保護(hù)等等分析計(jì)計(jì)算濾波器設(shè)設(shè)計(jì)的技技術(shù)性很很強(qiáng)，需需有專門門的程序序。除

9、參參數(shù)計(jì)算算外，要要能對(duì)濾濾波器的的諧波阻阻抗、綜綜合阻抗抗、諧波波放大、局部諧諧振（串串、并聯(lián)聯(lián)）等濾濾波性能能進(jìn)行分分析。三、案例例濾波器器設(shè)計(jì)方方法介紹紹1、案例例簡介2、諧波波數(shù)據(jù)合合成 中中頻爐屬屬交直直交供供電，換換流脈動(dòng)動(dòng)數(shù)為66，特征征諧波值值為6KK1次諧波波。非對(duì)對(duì)稱觸發(fā)發(fā)等原因因，存在在非特征征諧波。 福建中中試測試試：線22、線44和中頻頻爐饋線線；各諧諧波電壓壓畸變率率全部超超標(biāo)，55、111、133及以上上諧波電電流超標(biāo)標(biāo)。 非在電電網(wǎng)最小小方式、鋼廠非非滿負(fù)荷荷下的測測試，測測試結(jié)果果偏??；及今后后8臺(tái)爐爐投運(yùn)超超標(biāo)肯定定更大。 設(shè)計(jì)問問題：沒沒有單臺(tái)臺(tái)電爐諧諧波

10、測試試數(shù)據(jù)，沒有新新供電方方案下負(fù)負(fù)荷同時(shí)時(shí)運(yùn)行測測試數(shù)據(jù)據(jù)，需根根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)及現(xiàn)有有供電方方案諧波波測試數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行分析獲獲取設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)據(jù)。 按電爐爐變800負(fù)荷荷率合成成各母線線諧波電電流。 3、基波波無功容容量計(jì)算算 按按母線電電爐全部部運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)大于00.9，單爐運(yùn)運(yùn)行功率率因數(shù)應(yīng)應(yīng)小于11，治理理前平均均功率因因數(shù)取00.855條件，通過程程序計(jì)算算各段母母線的三三相基波波補(bǔ)償容容量： 110KVV I段段：Q=3.88MVAAR 110KVV III段：QQ=2.65MMVARR 6605頻頻爐線： Q=1.99MVAAR4、考核核標(biāo)準(zhǔn)計(jì)計(jì)算和濾濾波器配配置選擇擇 根根據(jù)各母母線

11、的短短路容量量，計(jì)算算各段母母線電爐爐運(yùn)行過過程中的的諧波考考核標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)；以及及對(duì)比合合成的諧諧波電流流水平，選擇、配置各各段母線線的濾波波器?？傠妷夯兟蕠鴩鴺?biāo)規(guī)定定的限值值各級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)諧波電電壓限值值（%）電壓（KKV）THD奇次偶次0.3885.4.02.06.100.43.21.635.66632.41.211021.60.0允許注入入電網(wǎng)的的各次諧諧波電流流國標(biāo)規(guī)規(guī)定限值值（部分分）短路容量量不同時(shí)時(shí)的換算算公式：根據(jù)短路路容量換換算案例例的各母母線諧波波電流允允許值。標(biāo)稱電壓壓（KVV）基準(zhǔn)短路路容量（MVAA）234567891011010.0100.00.2660020.0013

12、.0020.0008.5015.0006.4006.8005.1009.3（I）0010.0116.0025.0016.5012.5016.9008.2013.3006.1006.5004.9008.7(II)0100.0116.0019.1010.1009.5010.8006.2009.0004.7005.0003.7006.5(6055)0110.00080.0011.1005.1005.6005.6003.6004.9002.7002.9002.2003.7標(biāo)稱電壓壓（KVV）基準(zhǔn)短路路容量（MVAA）12131415161718192021010.0100.0004.3007.9003

13、.7004.1003.2006.0002.8005.4002.6002.9（I）0010.0116.0004.1007.5003.6003.9003.1005.8002.7005.2002.5002.8(II)0100.0116.0003.2005.7002.7003.0002.3004.4002.1004.0001.9002.1(6055)0110.00080.0001.8003.3001.6001.8001.4002.6001.2002.3001.1001.2標(biāo)稱電壓壓（KVV）基準(zhǔn)短路路容量（MVAA）2223232425010.0100.0002.3.0044.5.0044.5002.

14、1004.1（I）0010.0116.0002.2004.3004.3002.0003.9(II)0100.0116.0001.7003.3003.3001.5003.0(6055)0110.00080.0001.0001.9001.9000.9001.8與合成的的案例諧諧波比較較：各母母線諧波波電流均均超標(biāo)，由于裝裝置的非非同時(shí)觸觸發(fā)，存存在非特特征諧波波超標(biāo)的的現(xiàn)象。因此只只能對(duì)主主要的頻頻譜進(jìn)行行設(shè)置濾濾波器；由于電電爐運(yùn)行行方式大大幅度變變化，特特別是110KVV I段段負(fù)荷變變化較大大，受基基波無功功補(bǔ)償容容量限制制，參數(shù)數(shù)設(shè)計(jì)存存在難度度及影響響其濾波波效果。 綜綜合考慮慮：各母母

15、線配置置5、77、111、133次濾波波器。5、濾波波器參數(shù)數(shù)設(shè)計(jì)（以100KV I段為為例） 由由于中頻頻爐諧波波為連續(xù)續(xù)頻譜諧諧波，以以及基波波補(bǔ)償電電容器的的限制，濾波器器參數(shù)設(shè)設(shè)計(jì)很難難滿足要要求，經(jīng)經(jīng)幾十次次分析、比較，確定的的案例最最終單相相參數(shù)如如下：H5H7H11H13合計(jì)電容器（F）27.551599220.77773333522.9984221三相電容容器安裝裝容量（kvaar）1830013500186001269963099三相基波波輸出容容量（kkvarr）9006661108872634000電抗器（毫亨）14.77452229.96617882.39952222.

16、6111155考慮的問問題：濾濾波效果果，電壓壓、電流流、容量量是否能能夠平衡衡，是否否存在諧諧波放大大，無功功是否過過補(bǔ)等，通過對(duì)對(duì)參數(shù)進(jìn)進(jìn)行多次次仿真，調(diào)整、比較和和評(píng)估設(shè)設(shè)計(jì)效果果，。1段母線線補(bǔ)償電電容器和和濾波器器同時(shí)運(yùn)運(yùn)行仿真真示例：僅濾波器器投入運(yùn)運(yùn)行的仿仿真示例例。四、設(shè)備備定貨、施工和和現(xiàn)場調(diào)調(diào)試1、擬合合標(biāo)準(zhǔn)指指標(biāo)與產(chǎn)產(chǎn)品定貨貨按設(shè)計(jì)參參數(shù)選配配、擬合合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)格電容容器，考考慮電抗抗器調(diào)節(jié)節(jié)范圍，提出溫溫升、耐耐壓、損損耗等指指標(biāo)。電容器要要求+誤差，電抗器器5%可調(diào)調(diào)，電容容器質(zhì)量量。注意濾波波電容器器，干式式、油侵侵電容器器等問題題。2、工程程施工需需要注意意的問題題

17、LC濾波波器屬工工程，結(jié)結(jié)合用戶戶現(xiàn)場條條件、情情況，設(shè)設(shè)計(jì)單位位應(yīng)提供供完善的的工程資資料，安安裝、施施工要求求；由于于濾波器器現(xiàn)場安安裝，要要求工程程單位按按設(shè)計(jì)施施工、保保證質(zhì)量量；做詳詳細(xì)安裝裝檢查，保證連連接正確確，防止止相序、設(shè)備接接線錯(cuò)誤誤案例施工工中的問問題：連連接、保保護(hù)3、現(xiàn)場場調(diào)試主主要要求求和方法法1）要求求：保證證系統(tǒng)可可靠運(yùn)行行，避免免系統(tǒng)與與濾波器器諧振造造成的諧諧波放大大；投切切過電壓壓限制在在有效范范圍內(nèi)；保證濾濾波本身身安全運(yùn)運(yùn)行，不不會(huì)導(dǎo)致致電容、電感、電阻等等不發(fā)生生穩(wěn)態(tài)過過負(fù)荷，以及投投、切時(shí)時(shí)的過電電壓、過過電流不不損壞本本體設(shè)備備。其中，多多數(shù)與設(shè)

18、設(shè)計(jì)有關(guān)關(guān)。2）步驟驟：測量量各種工工況諧波波；計(jì)算算系統(tǒng)和和濾波器器頻率特特性，研研究是否否可能出出現(xiàn)諧波波放大，決定濾濾波器是是正調(diào)偏偏還是負(fù)負(fù)調(diào)偏；計(jì)算調(diào)調(diào)整后的的過電壓壓、過電電流；分分析、考考慮配置置的保護(hù)護(hù)，避雷雷器對(duì)投投切、斷斷路器重重燃過電電壓有重重要作用用；編寫寫濾波器器投入方方案，測測量考核核濾波效效果。案例調(diào)試試中發(fā)生生的問題題：。3）方法法：幅頻特性性法：諧諧振時(shí)ZZ=R，濾波器器電流最最大；電電阻上的的電壓最最大，濾濾波器總總電壓最最??；因因此，通通過觀測測兩個(gè)電電壓與預(yù)預(yù)估的電電壓比較較，可確確定調(diào)諧諧回路的的諧振。缺點(diǎn)：誤誤差大，有計(jì)算算誤差、試驗(yàn)誤誤差和觀觀測誤

19、差差。相頻特性性法：把把電阻電電壓和濾濾波器總總電壓分分別送示示波器兩兩個(gè)通道道進(jìn)行相相角比較較，可確確定濾波波器是否否諧振?？刹捎糜猛S或或不同軸軸兩種方方法。同同軸法看看到的是是點(diǎn)重合合或相反反，因此此誤差大大；不同同軸法通通過橢圓圓變成直直線確定定諧振，因此觀觀察比較較容易，準(zhǔn)確，工作量量小。放電振蕩蕩法：過過程如圖圖放電時(shí)測測量R上電壓壓，記錄錄波形；測量周波波時(shí)間，可計(jì)算算諧振頻頻率。缺點(diǎn)：每每測一次次都需充充、放電一次，過程復(fù)復(fù)雜，也也不夠準(zhǔn)準(zhǔn)確。因此，三三種方法法中，相相頻特性性法比較較實(shí)用，而且可可用頻率率計(jì)實(shí)際際測量諧諧振頻率率；改變變信號(hào)發(fā)發(fā)生器頻頻率，還還可以測測量濾波波器的阻阻抗頻率率特性。實(shí)際工程程一般采采用-55%（負(fù)負(fù)偏）調(diào)調(diào)諧濾波波器。4、案例例工程運(yùn)運(yùn)行測試試結(jié)果（1段母線線）投運(yùn)前：電壓（VV）電流（AA）功率因數(shù)數(shù)電壓總畸畸變率%電流總畸畸變率%980005400.88810.115.1投運(yùn)后：電壓（VV）電流（AA）功率因數(shù)數(shù)電壓總畸畸變率%電流總畸畸變率%1020005600.9991.54.2投運(yùn)后各各次諧波波電流的的95%最大值值五、關(guān)于于電弧爐爐諧波治治理的簡簡介 1、電弧弧爐負(fù)荷荷特點(diǎn)和和治理要要求1）三相相負(fù)荷電電流嚴(yán)重重不對(duì)稱稱，嚴(yán)重重時(shí)負(fù)序序可達(dá)正正序的550%