諧波抑制設(shè)計(jì)技術(shù)

1、1,供配電系統(tǒng)諧波抑制設(shè)計(jì)技術(shù),2,諧波問(wèn)題不是新問(wèn)題， 但又是新問(wèn)題。,3,我國(guó)早在1984年就發(fā)布了《電子系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》；隨后又于1993年頒布了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)入21世紀(jì)的2003年又頒布了《公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號(hào)傳輸兼容水平》和《工廠(chǎng)低頻傳導(dǎo)騷擾的兼容水平》兩個(gè)文件。與此同時(shí)，2003年和2004年又先后發(fā)布了單臺(tái)設(shè)備＜16A和＞16A的諧波電流發(fā)射限值的規(guī)定。上述簡(jiǎn)況已

2、能說(shuō)明，諧波問(wèn)題已不是什么新問(wèn)題了，早已有章可循了。,,——諧波問(wèn)題不是新問(wèn)題，是因?yàn)椋?4,——諧波問(wèn)題又是新問(wèn)題，是因?yàn)椋?諧波是當(dāng)代科技進(jìn)步的“產(chǎn)物”，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非線(xiàn)性負(fù)荷用電設(shè)備的類(lèi)型、數(shù)量和用電量的變化和更新?lián)Q代是個(gè)不確定因素，這就需要去解決情況不斷發(fā)生變化的新問(wèn)題。非線(xiàn)性負(fù)荷用電量的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于發(fā)電量年增長(zhǎng)率，這是電網(wǎng)的諧波迅速惡化的根源，非線(xiàn)性負(fù)荷用電量的來(lái)勢(shì)兇猛，這必然帶來(lái)尚不能被認(rèn)識(shí)的新問(wèn)題。諧波源是電

3、網(wǎng)諧波問(wèn)題的根源。當(dāng)前，重要的諧波源（非線(xiàn)性負(fù)荷用電設(shè)備）依次是電力整流器、逆變器、變頻裝置等換流裝置占諧波源總數(shù)的66％；家用電器占諧波源總數(shù)的23％以及電弧爐等。這里可以看出換流裝置和家用電器兩大部分完全占據(jù)了核心位置。因此，在高新技術(shù)電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中，分析掌握新生的諧波源的特性及其運(yùn)行狀態(tài)，使得節(jié)能減排與諧波治理達(dá)到完美結(jié)合，這也是迫切需要深入研究的新問(wèn)題。,5,—— 所以，研討供配電系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題, 就是一件很有意

4、義的課題了。,6,一、諧波限值（允許值）,—— 電力電子裝置在運(yùn)行中必然產(chǎn)生各次諧波。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平要求其在運(yùn)行中不產(chǎn)生諧波是不現(xiàn)實(shí)的也是不可能的。—— 既然諧波的存在是不可避免的，而諧波又是一種電磁騷擾，為使諧波騷擾造成的危害很少，能在工程中可以接受的水平，就必須將諧波限制在一定范圍 —— 諧波限值或諧波允許值。,7,1. 國(guó)內(nèi)諧波限值規(guī)定,（1）公用電網(wǎng)諧波限值,8,① 電網(wǎng)諧波電壓限值電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（GB/T

5、14549-93）,,,,諧波電壓含量,,,9,② 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值,注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值（GB/T14549-93）,注：SK1時(shí)允許值：In=Inp（SK1/ SK2） SK1—公共連接點(diǎn)的最小短路容量（MVA）。,,,10,（2）非公用和工廠(chǎng)的中壓、低壓 供電系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)諧波電壓兼容水平和電壓總諧波畸變率的允許值。,11,非公用和工廠(chǎng)的中壓、低壓供電系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)諧波電壓兼容水平

6、（IEC61000-2-4：2002）（GB/T18039.4-2003 idt IEC-1994）,12,電壓總諧波畸變率（THDu）允許值,建筑物的電磁環(huán)境分類(lèi)——可分為三類(lèi)?！?大型醫(yī)療中心、航空港、金融中心、電信樞紐、防災(zāi)中心以及冶金、化 工、造紙等重點(diǎn)諧波監(jiān)控治理行業(yè)中的計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和保護(hù)設(shè)備，其公共連接點(diǎn)的諧波電壓的兼容水平宜符合Ⅰ類(lèi)要求?！?特級(jí)、一級(jí)辦公建筑、特級(jí)劇場(chǎng)、大型商場(chǎng)及一般工業(yè)環(huán)境的公共連接點(diǎn)和系

7、統(tǒng)或裝置內(nèi)部連接點(diǎn)（IPC）的諧波電壓兼容水平宜符合Ⅱ類(lèi)要求?！?一般辦公建筑、公共建筑以及一般工業(yè)建筑環(huán)境中，連接有下列設(shè)備時(shí)，其系統(tǒng)或裝置內(nèi)部連接點(diǎn)的諧波電壓兼容水平 宜符合Ⅲ類(lèi)要求。 ● 大部分負(fù)荷經(jīng)換流器供電； ● 有焊接設(shè)備； ● 頻繁啟動(dòng)的大型電動(dòng)機(jī)； ● 快速變化的負(fù)荷。,13,（3）低壓電氣設(shè)備諧波電流限值 ① 單臺(tái)設(shè)備每相輸出的電流≤1

8、6A時(shí)各類(lèi)低壓電氣設(shè)備的諧波電流發(fā)射限值,,,,注：λ－－電路功率因數(shù)，n－－諧波次數(shù),14,② 單臺(tái)設(shè)備每相輸入電流＞16A，≤75A時(shí) 平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值 （IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003. idt IEC-1998）,注：① 12次及12次以下的偶次諧波的相對(duì)值不應(yīng) >

9、 12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計(jì)入THD和PWHD中考慮。 ② 不同于表中的Rsce值相對(duì)應(yīng)的各諧波電流限值允許用線(xiàn)性插入法求出。 ③ In——第n次諧波電流，I1——基波電流，PWHD—部分加權(quán)諧波畸變率。 ④ 一臺(tái)設(shè)備或一套用戶(hù)裝置的短路比，計(jì)算公式（Sce—短路容量； Sequ—設(shè)備的額定視在功率）

10、單相設(shè)備：Rsce＝Sce/3Sequ； 三相設(shè)備：Rsce＝Sce/Sequ；,15,不平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值,注：① 12次及12次以下的偶次諧波的相對(duì)值不應(yīng)＞ 。 12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計(jì)入THD和PWHD中考慮。 ② 不同于表中的Rsce值相對(duì)應(yīng)的各諧波電流限值允許用線(xiàn)性插入法求出。 ③ In——第n次諧波

11、電流， I1——基波電流。,16,③ 單臺(tái)設(shè)備每相輸入電流＞75A時(shí) ＞75A的平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003, idt IEC-1998）,注：① 12次及12次以下的偶次諧波的相對(duì)值不應(yīng) > 12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計(jì)入THD和PWHD中考慮。 ② 不同于表中的Rsce值相對(duì)應(yīng)的各諧

12、波電流限值允許用線(xiàn)性插入法求出。 ③ In—第n次諧波電流，II—基波電流，PWHD —部分加權(quán)諧波畸變率。,17,2.國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和國(guó)外諧波限值水平,18,（1）IEC61000－2－2：2002《環(huán)境－公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號(hào)傳 輸?shù)募嫒菟健饭玫蛪弘娋W(wǎng)的諧波電壓兼容水平,19,（2）美國(guó)IEEE std-519:1992 諧波限值水平,20,

13、（3）國(guó)外諧波限值水平范圍可歸納為： 低壓（≤1kV）:一般為5%，個(gè)別為4%，7%（國(guó)內(nèi)為5％）。 中壓（24～77 kV）：一般為2%～5%，個(gè)別為6%（國(guó)內(nèi)為3％～4％）?！?目前，在世界范圍內(nèi)最具影響的電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)有兩類(lèi)： ① 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)——在歐洲、亞洲、澳洲和非 洲有較大影響力。 ② 美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ANSI）

14、 標(biāo)準(zhǔn)在美國(guó)有很大影響力。我國(guó)有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)的是IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)。,21,二．諧波評(píng)估,—— 諧波的出現(xiàn)將造成電流或電壓波形的畸變,從而會(huì)降低電能質(zhì)量，并且與供配電系統(tǒng)連接的非線(xiàn)性負(fù)荷引起諧波電流，通過(guò)系統(tǒng)阻抗，諧波電流產(chǎn)生諧波電壓，又反向注入電源側(cè),進(jìn)而引起供電電壓畸變。 北京電力部門(mén)已于2004年在《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波工作管理辦法》中要求對(duì)諧波騷擾的危害進(jìn)行全面評(píng)估，并應(yīng)由有資質(zhì)的單位

15、完成。,22,1.諧波頻譜特征,23,（1）諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（舉例） ① 低壓側(cè)主進(jìn)線(xiàn)回路諧波電流畸變率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。寫(xiě)字樓的配電系統(tǒng)中，主要是3次、5次和7次諧波。 電流畸變率值,,24,②整流設(shè)備不同的工作狀態(tài)，不同的負(fù)荷率情況下的諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明，在不同的負(fù)荷率情況下，整流設(shè)備的諧波電流畸變率也不同，負(fù)荷率越高，THDI越低，同時(shí)整流設(shè)備的頻譜特性很寬。 電流畸變率值,25,③三相UPS設(shè)備在不同的負(fù)荷率情況下

16、的諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。負(fù)荷 率越高，THUI越低。同時(shí)UPS設(shè)備主要是5次、7次諧波。 UPS設(shè)備諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),26,④ 變頻器產(chǎn)生的諧波主要為5次、7次、11次和13次諧波電流畸變率在30％～35％左右。 單臺(tái)進(jìn)口變頻器諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),27,⑤ 單相整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波主要為3次、7次和9次。 單臺(tái)整流設(shè)備諧波實(shí)測(cè)

17、數(shù)據(jù),⑥ 彩色電視機(jī)的型號(hào)不同，雖然皆為29〞規(guī)格，諧波電流值并不同。 幾種型號(hào)彩色電視機(jī)諧波電流值實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),28,⑦ 高壓鈉燈的功率不同，諧波電流也有所差異。高壓鈉燈的諧波電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),⑧ 高壓鈉燈有無(wú)并聯(lián)電容器，諧波電流含有率也不相同。 有無(wú)并聯(lián)電容器的鈉燈的諧波電流含有率（In/I1）,29,⑨ 高壓鈉燈產(chǎn)生的諧波主要為3次、5次和7次，諧波電流畸變率為15％左右。

18、 照明用高壓鈉燈實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（選用22×8盞）,30,⑩ 某政府辦公樓照明回路電源總進(jìn)線(xiàn)處實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),31,,測(cè)試時(shí)間：2007年11月20日下午 測(cè)試點(diǎn)位置：某建院辦公樓變壓器進(jìn)線(xiàn)柜測(cè)試工具：FLUKE435型電能質(zhì)量分析儀分析軟件：Fluke View 3.20版測(cè)試安裝接線(xiàn)：三相四線(xiàn)制接線(xiàn)示意圖見(jiàn)右圖：,問(wèn)題：1、院諧波污染嚴(yán)重嗎？2、諧波污染以多少次為主？3、需要什么樣的解決方案？

19、,11 某設(shè)計(jì)樓諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),32,某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析,基本電氣量數(shù)據(jù),有功功率,電流,電壓,視在功率,無(wú)功功率,功率因數(shù),,,33,C相電流電壓波形,某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析,,,電壓波形,電流波形,34,C相電流諧波分析,某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析,,35,中性線(xiàn)電流波形,某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析,36,中性線(xiàn)電流諧波分析,某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析,,37,（2）諧波的頻譜特征,通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的諧波的實(shí)際測(cè)量，雖然尚

20、待完善，但仍看可出：—— 諧波畸變率值與負(fù)荷率高低有關(guān)。負(fù)荷率高，諧波畸變率值越小?！?諧波畸變率值與用電設(shè)備功率有關(guān)。同類(lèi)設(shè)備的功率不同，諧波畸變率值也不同?！?諧波畸變率值與用電設(shè)備型號(hào)規(guī)格有關(guān)。同類(lèi)用電設(shè)備的型號(hào)不同，諧波畸變率也不同，即使規(guī)格相同的同類(lèi)設(shè)備，諧波畸變率也有差異。—— 諧波畸變率值與非線(xiàn)性負(fù)荷和非線(xiàn)性設(shè)備的特性有關(guān)。不同類(lèi)型的諧波源，諧波畸變率值也不相同。其主要諧波頻譜特征也有差異。,38,一些設(shè)施或設(shè)

21、備的主要諧波特征,39,諧波的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也證明了諧波抑制的復(fù)雜性。原有的諧波污染經(jīng)過(guò)治理，使得電磁環(huán)境得到改善，達(dá)到了諧波限值（允許值）的規(guī)定要求。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行改造更新，或是系統(tǒng)運(yùn)行方式、設(shè)備電功率、技術(shù)參數(shù)、實(shí)際運(yùn)行設(shè)備臺(tái)數(shù)等的調(diào)整，可能出現(xiàn)諧波頻譜發(fā)生變化，因此，對(duì)重點(diǎn)諧波監(jiān)控治理單位，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電系統(tǒng)的諧波電壓、電流以及單次諧波含有率等諧波畸變率參數(shù)并進(jìn)行全面分析評(píng)估，以便有針對(duì)性地進(jìn)行諧波治理，就顯得

22、非常必要了。,40,2.評(píng)估方法,（1）評(píng)估的目的 將電網(wǎng)中的諧波電壓限制在對(duì)所有設(shè)備不致造成有害影響 的水平，以保持供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）諧波限制目標(biāo)值 ◆ 供電系統(tǒng)一般采用各次諧波電壓含有率≤3%，電壓總諧波畸變率≤5%的允許值作為評(píng)估目標(biāo)值。 ◆ 這主要是基于對(duì)交流電動(dòng)機(jī)、電力電容器等在諧波作用下，等效發(fā)熱和絕緣老化的研究，并考慮電子計(jì)算機(jī)等對(duì)電源波形的要求而確定的。（3）評(píng)估的簡(jiǎn)化方

23、法,41,① 北京地區(qū)規(guī)定—— 符合下列條件之一時(shí)，可不經(jīng)諧波核算，允許直接接入中壓電網(wǎng)。 ● Pn＜0.1MVA ● Pn/Si＜15% 式中： Pn —— 諧波源的額定容量之和（MVA）； Si —— 第i個(gè)用電單位的協(xié)議用電量（MVA）?！?當(dāng)用電單位的諧波源僅為整流設(shè)備并符合下列規(guī)定時(shí)

24、，可直接接入電 網(wǎng)。 ◆ 6/10kV中壓用電單位，三相整流器容量不超過(guò)下表規(guī)定時(shí)； 6/10kV電壓等級(jí)允許整流器容量,42,0.22/0.38kV電壓等級(jí)整流器的諧波電流限值,◆ 0.22/0.38kV低壓用電單位，單相整流器容量不大于3.5kVA， 三相整流器容量不大于10.5kVA，且不超過(guò)下表規(guī)定的諧波電流限值時(shí)；,,—— 濾波器的裝設(shè)判定◆ 產(chǎn)生諧波的

25、設(shè)備功率之和占全部設(shè)備總功率的比率超過(guò)15%時(shí)?！?全部設(shè)備實(shí)際低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生諧波的運(yùn)行設(shè)備功率之和與全部運(yùn)行設(shè)備總功率的比率超 過(guò)15%時(shí)?！?單次諧波電壓超過(guò)2%或總諧波電壓超過(guò)3%時(shí)。 濾波補(bǔ)償用電力電容器和電抗器，應(yīng)具有能承受系統(tǒng)出現(xiàn)的最大過(guò)電流和過(guò)電壓能力。投切裝置應(yīng)采 用專(zhuān)用接觸器或加大投切接觸器容量等措施。 ◆ 當(dāng)非線(xiàn)性負(fù)荷容量占配電變壓器容量的比例較大（如超過(guò)50%）設(shè)備的自然功率因數(shù)較高 時(shí)，宜在

26、變壓器低壓配電母線(xiàn)側(cè)集中裝設(shè)有源電力濾波器。,43,② IEC文件中建議對(duì)中壓系統(tǒng)畸變負(fù)荷的諧波發(fā)射限值分三級(jí)處理，第一級(jí)是以用電單位協(xié)議容量（Si）與公共連接點(diǎn)的短路容量（Ssc）之比來(lái)判斷。符合下列條件時(shí)允許直接接入中壓電網(wǎng)。 Si / Ssc≤ 0.1% ③ 法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定 在中壓電網(wǎng)中可直接接入的諧波源負(fù)荷容量（P）為： P≤ 0.5 MVA P≤ 1% SSC,44,（4）配置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)

27、 諧波問(wèn)題的復(fù)雜性、多變性，使得在工程設(shè)計(jì)階段不可能進(jìn)行實(shí)際諧波測(cè)量，而難于取得供配電系統(tǒng)的實(shí)際諧波含量。而取得諧波畸變率等參數(shù)對(duì)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行又是非常需要的。 ① 重點(diǎn)諧波監(jiān)控治理行業(yè)（諧波污染大戶(hù)）在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中宜裝設(shè)有可監(jiān)測(cè)包含諧波畸變率的電力參數(shù)監(jiān)控器。—— 含有運(yùn)算諧波數(shù)據(jù)、功能檢測(cè)、功率因數(shù)、峰值系數(shù)、 畸變功率、電壓和電流諧波畸變率、單次諧波畸變率、 諧間波，并可實(shí)時(shí)提供電

28、流和電壓的頻譜分析。—— 具有校正、統(tǒng)計(jì)檢測(cè)、顯示、通信等功能。,45,,注：1）監(jiān)測(cè)回路配置的電力參數(shù)監(jiān)控儀功能： 2）電容器回路配置可通訊的功率因數(shù)控制器功能⊙ 遙測(cè) ⊙ 遙測(cè)● 電流、電壓、功率、電能、功率因數(shù)、頻率、最大/最小等 ● 電流、電壓、功率、功率因數(shù)、諧波● 諧波畸變率：

29、THDU和THDI ● 柜內(nèi)溫度⊙ 遙信 ⊙ 遙信● 斷路器分合狀態(tài)、故障狀態(tài)等 ● 投切步數(shù)、報(bào)警● 各種越限報(bào)警 3）一般回路配置多

30、回路監(jiān)控單元⊙ 遙控 4）遠(yuǎn)程通訊功能和聯(lián)網(wǎng)● 遠(yuǎn)程合分?jǐn)嗦菲?46,② 為后續(xù)諧波治理提供條件在供配電系統(tǒng)運(yùn)行后，可通過(guò)采集到的諧波畸變率等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行分析評(píng)估，從而可有針對(duì)性的策劃諧波治理方案。 ——諧波檢測(cè)結(jié)果的感性評(píng)估。,47,三、諧波抑制技術(shù),48,—— 建筑物供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該有效控制諧波源注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)

31、 的諧波含量，降低對(duì)供配電系統(tǒng)的諧波危害。—— 電力電子設(shè)備裝置的開(kāi)關(guān)特性——強(qiáng)非線(xiàn)性，使其在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生 大量的諧波騷擾 ◆ 變壓器、電動(dòng)機(jī)等的損耗增加； ◆ 斷路器誤動(dòng)作； ◆ 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置不能正常工作； ◆ 中性導(dǎo)體過(guò)熱； ◆ 載流導(dǎo)體的集膚效應(yīng)加重； ◆ 功率因數(shù)降低和電力電容器損壞； ◆ 對(duì)通信系統(tǒng)干擾。,49,—— 供配電系統(tǒng)的諧

32、波抑制措施的選擇應(yīng)該根據(jù)達(dá)標(biāo)水平、措施效 果、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟程度等因素，綜合比較后確定。并掌握下 列原則 ◆ 諧波源的諧波電流發(fā)射量限制與系統(tǒng)諧波治理相結(jié)合； ◆ 諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償相結(jié)合； ◆ 有源濾波與無(wú)源濾波相結(jié)合； ◆ 濾波裝置集中裝設(shè)與分散裝設(shè)相結(jié)合?！?采取下列措施，有針對(duì)性的確定合理、有效、經(jīng)濟(jì)的諧波抑制設(shè) 計(jì)方案。 ◆ 電氣系統(tǒng)的改進(jìn)；

33、◆ 在供配電系統(tǒng)中采用特殊的電氣裝置或設(shè)備； ◆ 濾波； ◆ 布線(xiàn)系統(tǒng)中屏蔽隔離技術(shù)的采用； ◆ 選擇合適的系統(tǒng)接地型式。,50,（1）合理的選擇供配電系統(tǒng)配置，優(yōu)化供配電系統(tǒng)運(yùn)行方式。 ① 將非線(xiàn)性負(fù)荷連接在靠近電源端（短路容量的降低，會(huì)造成諧波干擾的增加）。,將非線(xiàn)性負(fù)荷應(yīng)盡可能放在靠近上端的位置（推薦方案）舉例,1.電氣系統(tǒng)的改進(jìn),51,② 將非線(xiàn)性負(fù)荷與敏感負(fù)荷分開(kāi)，并由不同母線(xiàn)供電（盡可能減少互相干擾）。

34、,將非線(xiàn)性負(fù)荷歸成組并盡可能放在靠近上端的位置（推薦方案）舉例,52,③ 建立隔離電源，采用隔離變壓器是常用的抑制諧波騷擾的措施。 —— 可隔離來(lái)自電源的3n次諧波?！?可將負(fù)荷與外部電源分隔，并可阻擋外部電源的瞬變電壓傳導(dǎo)通路。,通過(guò)隔離變壓器為非線(xiàn)性負(fù)荷供電舉例,53,,隔離電源的應(yīng)用—UPS電源,54,④ 配裝電抗器。—— 給變速傳動(dòng)裝置供電時(shí)，安裝線(xiàn)路電抗器使電流變得平穩(wěn)，通過(guò)增加供電線(xiàn)路阻抗，諧波電流得到抑制。

35、,55,（2）采用專(zhuān)用配電變壓器供電方式或采用專(zhuān)線(xiàn)供電。 ◆ 有利于系統(tǒng)電能質(zhì)量； ◆ 便于集中對(duì)諧波進(jìn)行治理； ◆ 有利于減少對(duì)其它敏感設(shè)備的諧波騷擾。如：—— 大容量的空調(diào)制冷（暖）系統(tǒng)宜采用專(zhuān)用配電變壓器供電?！?電梯、UPS裝置、廣播、擴(kuò)聲系統(tǒng)等宜由專(zhuān)線(xiàn)供電。,56,（3）將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷（單相、兩相負(fù)載）合理分配到各相或分散接到不 同的供電點(diǎn)上。 ① 負(fù)荷不平衡，將引起線(xiàn)損及線(xiàn)路電壓損

36、失增大。 ② 負(fù)荷較大的－相線(xiàn)圈過(guò)熱，磁路不平衡，會(huì)造成附加損耗。（4）當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可將諧波源由增大的配電變壓器供電。 ① 諧波畸變率超標(biāo)而又未采取治理措施前，對(duì)變壓器應(yīng)采取降容使用。 當(dāng)供電負(fù)荷中50％為非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，變壓器容量應(yīng)降低約45％運(yùn)行。 ② 降容是對(duì)諧波造成的電氣設(shè)備的損耗增加并引起設(shè)備過(guò)載所需采取 的應(yīng)對(duì)措施（電源電壓畸變率超過(guò)10％時(shí)，變壓器損耗約增加10％～ 15％，壽命減少約

37、5％）。,57,③ 變壓器的降容率除采用降容率曲線(xiàn)計(jì)算外，還可使用 降容系數(shù)計(jì)算法確定：,式中： K——降容系數(shù)； n——諧波次數(shù)； In——n次諧波電流； I1——基波電流； HRn——n次諧波電流含有率。,58,59,,,變壓器的降容率,（5）諧波敏感的用電設(shè)備不宜布置在諧波源的近旁。,60,2.采用特殊的電氣裝置或設(shè)備,（1）一般應(yīng)選用D,yn11型接線(xiàn)組別的三相電力變壓器，如SCB系

38、列電力 變壓器。在條件允許時(shí)采用有利于抑制諧波作用的K系數(shù)三相電力變壓器?！?D,yn11接線(xiàn)組別的變壓器，雖有利于抑制諧波，但從降低諧波危害而言并不是理想的選擇。在D接線(xiàn)的繞組內(nèi)雖為3n次諧波提供了通路，但仍以環(huán) 流存在，使銅損耗增大從而使變壓器溫升增加。 ◆ K系數(shù)變壓器特點(diǎn)—— 中性線(xiàn)按200％相線(xiàn)定額；—— 采用異型繞組導(dǎo)體截面以降低諧波引起的附加損耗?！?特殊設(shè)計(jì)的鐵芯，以降低鐵損?！?K系數(shù)法是考慮了頻率

39、因數(shù)，它是用于計(jì)算干式變壓器的非線(xiàn)性負(fù)荷造成諧波影響的最精確和可行的方法。 （2）采用“單位功率因數(shù)變流器”——功率因數(shù)為1的變流設(shè)備。 （3）優(yōu)先選用符合諧波電流發(fā)射允許值的設(shè)備。,61,(4)整流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù)的選擇原則,◆ 功率在250kVA以下的小功率整流裝置，采用0.22/0.38kV供電時(shí)，宜采用6脈動(dòng)整流，容量特別小的裝置可采用單相整流?！?功率大于250kVA、0.22/0.38kV供電的整流裝置，宜采用12脈

40、動(dòng)整流。◆ 功率在1500kVA以下中等容量的整流裝置，采用10kV供電時(shí)，宜采用12脈動(dòng)整流?！?功率在1500kVA以上，采用10kV供電的整流裝置，宜采用24脈動(dòng)整流。,62,3.濾波,諧波濾波是諧波治理的有效裝置。（1）諧波濾波類(lèi)型選擇 ① 交流濾波器主要有有源濾波器、無(wú)源濾波器和混合濾波器?！?有源濾波器——是電力電子是自動(dòng)控制技術(shù)和高速計(jì)算機(jī)等最新技術(shù)的綜合。通過(guò)逆變器產(chǎn)生一個(gè)與系統(tǒng)中各次諧波大小相等，相位相反

41、的諧波電流注入電網(wǎng)中，以達(dá)消諧目的。有源濾波器用于諧波電流較大，諧波源的諧波頻普較寬（如：大功率整流設(shè)備），諧波源的自然功率因數(shù)較高（如：變頻調(diào)速、核磁共振機(jī)等）時(shí)諧波治理較為合適?！?無(wú)源濾波器——是利用電容、電抗、電阻元件構(gòu)成諧波電流的濾波器。在諧波頻率下，為一低阻抗回路以吸收諧波，在基波頻率下，提供無(wú)功電流以改善功率因數(shù)。無(wú)源濾波器用于諧波電流和無(wú)功負(fù)荷比較穩(wěn)定，自然功率因數(shù)又較低，頻譜特征明顯，諧波較集中于連續(xù)的三種或以下（

42、如：3、5、7次）的系統(tǒng)中的諧波治理較為合適?！?混合型濾波器——結(jié)合了無(wú)源濾波器和有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)。混合型濾波器 通常是將系統(tǒng)中諧波電流大的恒定部分由無(wú)源濾波器過(guò)濾，而其小諧波電流及波動(dòng)部分由有源濾波器處理，以節(jié)約總體造價(jià)。,63,② 有源濾波器與無(wú)源濾波器比較,有源濾波器與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制電壓閃變，補(bǔ)償無(wú)功電流，性?xún)r(jià)比較為合理。,64,③ 濾波器的技術(shù)指標(biāo)—— 有

43、源濾波器 ◆ 諧波頻譜濾除次數(shù)（不應(yīng)少于50次諧波）； ◆ 功率因數(shù)校正（最高可達(dá)到1.0）； ◆ 對(duì)負(fù)荷變化的瞬間響應(yīng)，全響應(yīng)時(shí)間（不大于10ms）； ◆ 不會(huì)發(fā)生過(guò)載危險(xiǎn)； ◆ 有擴(kuò)展能力（可并聯(lián)工作）?！?無(wú)源濾波器 ◆ 過(guò)載能力強(qiáng)； ◆ 承載容量大。,65,④ 治理方式 ● 集中治理——保護(hù)變壓器的所有非線(xiàn)性設(shè)備； 當(dāng)非線(xiàn)性負(fù)荷容量與配電變壓

44、器容量的比例超過(guò)50％，分布區(qū)域較廣且自然功率因數(shù)較高時(shí)，宜在變壓器低壓側(cè)配電母線(xiàn)上集中裝設(shè)。 ● 分散治理——保護(hù)區(qū)域內(nèi)少量的非線(xiàn)性設(shè)備； 僅在一個(gè)區(qū)域內(nèi)有較分散且容量較小的非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，宜在分配電箱母線(xiàn)上裝設(shè)。 ● 就地治理——保護(hù)局部區(qū)域內(nèi)的幾臺(tái)重要的非線(xiàn)性設(shè)備。 僅有幾臺(tái)大容量的非線(xiàn)性設(shè)備，宜在每臺(tái)諧波源處就地配裝。,66,67,典型寫(xiě)字樓的配電系統(tǒng)中，非線(xiàn)性負(fù)荷分布較廣且負(fù)荷容量不是很大

45、，但又很分散，對(duì)諧波源的就地補(bǔ)償很難實(shí)現(xiàn)，因此，適宜采用集中治理或分散治理方式。,68,設(shè)計(jì)圖例-總補(bǔ)償,,69,有源濾波器安裝位置比較有源濾波器安裝位置比較表,70,——有源濾波器抑制諧波的實(shí)測(cè)效果（舉例）有源電力濾波器運(yùn)行前輸出側(cè)的電氣考數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,表中：PF—功率因數(shù)；THDI—電流總諧波畸變率。,71,有源電力濾波器在運(yùn)行后輸入側(cè)的電氣參數(shù),72,（2）電抗器電容器組濾波

46、◆諧振頻率隨電容器組的投入和切出而改變，一旦出現(xiàn)與諧振頻率一致，就不可避免的產(chǎn)生諧振。 ◆電容器在配電系統(tǒng)中，若系統(tǒng)存在諧波電流可能導(dǎo)致振蕩并引起電壓的畸變，有時(shí)諧波分量會(huì)被加倍而過(guò)載?！粼陔娙萜骰芈飞洗?lián)抑制諧波電抗器，增加對(duì)高次諧波的阻抗，可避免諧振并可保護(hù)電容器。,73,① 濾波電抗器的電抗率選擇 抑制諧波騷擾和避免串聯(lián)諧振的主要措施是，串聯(lián)一個(gè)電抗器，而濾波電抗器的電抗率參數(shù)又直接關(guān)系著濾波效果?！?電抗器的不同

47、電抗率與諧波次數(shù)和諧振頻率的關(guān)系 計(jì)算方法：,,從表中可看出：欲使3次諧波電流不產(chǎn)生放大，必須使電抗器的電抗率Rr≥12%。,74,◆目前市場(chǎng)上供應(yīng)的濾波電抗器的電抗率。,電抗率為5.5%的濾波器可吸收約50%～60%的5次諧波； Rr為7%時(shí)，僅可吸收約15%～20%的5次諧波。,75,②濾波電抗器的選擇原則◆ 調(diào)諧濾波器，以5次諧波為例，250Hz－225Hz（不得大于10%）； ◆ 非調(diào)諧濾波器，以5次諧波為例，＜225

48、Hz （不得小于10%）； 串聯(lián)電抗器的調(diào)諧頻率應(yīng)小于最低主諧波頻率，越接近濾除主諧波頻率效果越好； 針對(duì)5次諧波電抗率接近4％又＞4％是不易的； 調(diào)諧與非調(diào)諧濾波器兩者都有濾波功能，也都有無(wú)功補(bǔ)償能力。只是調(diào)諧濾波器的濾波能力和無(wú)功補(bǔ)償能力要強(qiáng)一些。,76,③ 電抗率參數(shù)的選擇規(guī)定◆ 北京地區(qū)規(guī)定 諧波為3次以上時(shí)：Rr為12.5%～15%；推薦：Rr為12.5%～13.7%；諧波為5次以上時(shí)：Rr為4.5%～7%；推薦

49、：Rr為5%～5.5%；◆《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50227－95規(guī)定： 諧波為3次時(shí)：Rr為12.5%；諧波為5次以上時(shí)：Rr為4.5%～6%； ◆ IEC建議 調(diào)諧濾波器的電抗率：Rr（%）為4%～5%（5次諧波）。非調(diào)諧濾波器的電擾率：,,77,④ 電容器額定電壓UCN的選擇◆ 電容器串聯(lián)電抗器后，電容器端電壓會(huì)上升；◆ 計(jì)及電容器運(yùn)行中應(yīng)能承受的長(zhǎng)期工頻過(guò)電壓為標(biāo)稱(chēng)電壓的1.1倍。電容 器的端電壓：

50、 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。電容器的端電壓計(jì)算表,,◆ 電抗器的電抗率Rr為4％～7％時(shí)，電容器額定電壓選擇值UCN為480V； Rr為12％～15％時(shí)，UCN為525V。,78,⑤電容器的降容,如何計(jì)算實(shí)際補(bǔ)償容量？,調(diào)諧無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)主要器件選型13.7%電抗器，調(diào)諧頻率135Hz，針對(duì)3次及以上諧波480V電容器，計(jì)算容量時(shí)需考慮降容,79,（3）諧波濾波方案選擇 ◆ 變壓器額定容

51、量Sn≤2000kVA時(shí)，濾波方案的確定。,80,四、結(jié)束語(yǔ),1. 諧波抑制和治理，是“治少”，不是“治無(wú)”?！?諧波抑制和治理，在于消弱諧波源騷擾能量，因此規(guī)定有諧波允許值?！?諧波評(píng)估的簡(jiǎn)化方法就是建立在限制非線(xiàn)性負(fù)荷占有比例的基礎(chǔ)上提出的。 2. 諧波不是不可知的，是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的。◆ 對(duì)系統(tǒng)的THDU、THDI；單次諧波幅值；諧間波波形捕捉等。◆ 諧波的存在不僅影響供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，也關(guān)系到電能的有效利用——節(jié)

52、能。 3. 供電系統(tǒng)及其連接設(shè)備的諧波是可以測(cè)量的。 ◆ 測(cè)量的目的在于取得其真實(shí)有效數(shù)據(jù)，并作為諧波治理和設(shè)備選擇的重要依據(jù)。 ◆ 不僅可測(cè)量諧波畸變率，諧波頻譜特征等數(shù)據(jù)，還可測(cè)量用電設(shè)備的諧波發(fā)射量。 4. 諧波的存在是有危害的，但不是不能抑制和治理的。 ◆ 避免使用不符合諧波電流發(fā)射限值的設(shè)備,或采用自帶消諧機(jī)制的設(shè)備. ◆ 采取有利于抑制諧波的綜合治理措施綜合治理措施,合理的選擇諧波濾波方案和有關(guān)技術(shù)參數(shù),是可以獲