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1、配电网谐波电流抑制技术,卓 放 西安交通大学 2012年6月20日,目 录,配电网中的谐波污染 谐波是怎么产生的 谐波电流的控制方法 a. 基于无源滤波技术的解决方法 b. 基于有源滤波技术的解决方法 c. 基于混合滤波技术的解决方法 储能调节稳定系统电压,配电网中的谐波问题,谐波是怎么产生的？,谐波是怎么产生的？,电压,电流,谐波是怎么产生的？,谐波电流的源头,电力电子装置,变压器,其他负载,谐波是怎么产生的？,某写字楼电流波形与频谱,谐波是怎么产生的？,电网电压畸变率和电视收视率 1983年10月和1988年4月,谐波抑制与无功功率补偿,谐波是怎么产生的？,谐波 起源于声学概念； 18-1
2、9世纪，傅立叶提出谐波分析法； 一个周期电气量中频率为基波频率大于1整数倍的正弦波分量。 注意：暂态现象和谐波是不同的,谐波是怎么产生的？,谐波对电力系统和其他用电设备的主要危害可归纳为： (1) 电力危害方面： 1) 使公用电网中的设备产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的使用效率增加电网线损。在三相四线制系统中，零线会由于流过大量的3次及其倍数次谐波电流造成零线过热，甚至引发火灾。 2) 谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命。 3) 谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振。使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器、与之相
3、连的电抗器和电阻器的损坏。 (2) 在信号干扰方面： 1) 谐波会引起一些保护设备误动作，如继电保护，熔断器等。同时也会导致电气测量仪表计量不准确。 2) 谐波通过电磁感应和传导耦合等方式对邻近的电子设备和通信系统产生干扰，严重时会导致它们无法正常工作。,谐波是怎么产生的？,IEEE 60519标准于1981年制订，并于1992年进行了修订，该标准是从电网的角度来对公共连接点的电压和电流的波形畸变进行限制。 IEC605552标准于1982年制订，并在1995修订，该标准则是对负载产生的谐波进行限制，使负载注入电网的谐波在规定的范围内。修订后的标准为IEC 6100032。 在我国，原水利电力
4、部于1984年根据国家经济委员会批转的全国供用电规则的规定，制定并发布了SD12684电力系统谐波管理暂行规定。国家技术监督局于1990年和1993年分别颁布了电能质量、谐波方面的国家标准GB1232590（电能质量-供电电压允许偏差）、GB12326（电能质量-电压允许波动和闪变）和GB/T1454993电能质量-公用电网谐波，该标准已于1994年3月1日起在我国全面开始实施。,谐波电流的控制方法,控制原则： 不使非线性负载产生的谐波电流流入电网。,谐波电流的控制方法 -基于无源滤波器的控制方法,控制思路： 为谐波电流提供低阻抗分流回路。,无源电力滤波器的电路结构 （a）单调谐滤波器；（b）
5、 双调谐滤波器； （c）一阶高通滤波器； （d）二阶高通滤波器；（e）三阶高通滤波器；（f）C型阻尼滤波器。,实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。,谐波电流的控制方法 -基于无源滤波器的控制方法,谐波电流的控制方法 -基于无源滤波器的控制方法,单调谐滤波器 电路原理图,单调谐滤波器阻抗 频率特性,单调谐滤波器原理及特性,谐波电流的控制方法 -基于无源滤波器的控制方法,a) 一阶 b) 二阶 c) 三阶 d) C型 高通滤波器,ABB公司的无源滤波器CHARM,Models BP, HP or C Voltage 1- 500 kV Power 1 Mvar Fundam
6、ental frequency 50 or 60 Hz Tuning frequency Optional Installation Indoor or outdoor Reactor Air or iron core,应用举例（1）,应用举例（2）,5th Harmonic Filter,36 Mvar, 145 kV,Sweden.,应用举例（3）,应用于HVDC,1,2,应用举例（4）,中国龙泉换流站交流滤波器组现场图片 （三峡至常州输变电工程）,应用举例（5）,Two three-phase AC filter banks for 400 kV at the Tjele HVDC co
7、nverter station, Denmark.,500 kV DC-filter with suspended capacitor,无源滤波器所存在的问题,单调谐滤波器的谐振频率会因电容、电感参数的偏差或变化而改变 电网频率会有一定波动，这将导致滤波器失谐 电网阻抗变化对单调谐滤波器的滤波效果有较大影响 更为严重的是，电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能,谐波电流的控制方法 -基于无源滤波器的控制方法,串联谐振的起因与现象,结构示意图,等效电路图,电压激励下串联结构下 无源支路电流的放大倍数示意图,谐波电流的控制方法 -基于无源滤波器的控制方法,并联谐振的起因与现象,结构示意图,等效电路
8、图,负载谐波电流成分激励下 电网电流放大倍数示意图,由谐振引起的电容器损坏举例,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,控制思路： 对消负载产生的谐波电流成分。,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,用有源电力滤波器主动补偿谐波的思想最早可以追溯到20世纪60年代末。 1969年BM Bird和JF Marsh等发表论文，首次提出了通过向交流电网注入3的倍数次谐波电流，来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的方法。 1971年，H Sasaki和T Machida发表的论文中首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理。 1976年，美国西屋电气公司的L Gyugyi和
9、E C strysula提出了采用PWM变流器构成的有源电力滤波器，确立了现代有源电力滤波器的概念，并建立了有源电力滤波器主电路的基本拓扑结构。,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,补偿后,并联有源滤波器运行原理,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,电压源型逆变器,电流源型逆变器,变流器的结构,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,并联型有源滤波器,串联型有源滤波器,有源滤波器的结构,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,有源滤波器的关键技术： 谐波检测分离技术 补偿电流控制技术 变流器系统控制方法,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,谐
10、波检测分离技术,1）利用模拟陷波器的检测方法 2）基于瞬时无功功率理论的检测方法,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,谐波检测分离技术,3）基于傅里叶变换理论的检测方法 4）其他诸如模糊、自适应检测方法、基于小波变换和基于神经网络的检测方法,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,谐波检测分离技术,5）基于时域的电流检测算法,为采样点的计数值,为采样点的计数值,基于时域的电流检测算法TTA的结构图,独立小电网用有源电力滤波器的研究 -李红雨博士学位论文,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,谐波检测分离技术,基波正序,基波负序,5次负序,7次正序,13次正序,11
11、次负序,被检测信号,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,补偿电流控制技术,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,滤波器系统控制技术,前馈控制方式方法,复合控制方式方法,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,有源电力滤波器的特点 受电网阻抗的影响不大，不易和电网阻抗发生谐振； 能跟踪电网频率的变化，补偿性能不受电网频率变化的影响； 即使补偿对象电流过大，APF也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用； 动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，对补偿对象的变化响应快； 可同时补偿谐波和无功，且补偿无功的大小可做到连续调节； 变流器容量受到电力电子器件
12、的限制，制造成本高。,谐波电流的控制方法 -基于有源滤波器的控制方法,NobiPower-PQ系列,3EM-PW-APF系列,CL 6150系列,PQC-S系列,谐波电流的控制方法 -基于混合滤波器的控制方法,单独使用无源滤波器的特点： 成本低、易实现。 补偿效果欠佳。 易与系统发生谐振。,控制思路： 将二者结合起来，相互取长补短，充分发挥各自的优势，无疑是一种好的选择。,使用混合滤波器的必要性,单独使用APF的特点： 可以动态补偿谐波，补偿效果好。 投资大、成本高。,谐波电流的控制方法 -基于混合滤波器的控制方法,混合滤波器的分类,谐波电流的控制方法 -基于混合滤波器的控制方法,APF和PF
13、混合使用的HPF,可以增强滤波效果； 可以抑制谐振现象。,需要在供电传输线中串入设备。,通过改变输出基波电压控制能量流动。,1988 F.Z.Peng,谐波电流的控制方法 -基于混合滤波器的控制方法,APF与PF相并联,APF和PF混合使用的HPF,可以增强滤波效果； 可以抑制谐振现象。,变流器需要承受全部电网电压。,通过改变输出基波电流控制能量流动。,并入式混合型并联电力滤波器,实验地点： 江苏省启东市神通钢丸有限公司 实验补偿负载： 一吨中频炉 实验时间： 2005年3月23日-3月24日,装置在工业现场,装置在实验室,无源滤波器,有源电力滤波器,中频炉,实验结果分析,混合滤波器投入后,负
14、载投入后,无源滤波器投入后,负载投入前,电网电压,电网电流,电网电压,电网电流,电网电压,电网电流,电网电压,电网电流,实验结果分析,负载电流波形,补偿后电网电流波形,5次无源滤波器电流波形,7次无源滤波器电流波形,有源滤波器输出电流波形,装置工业现场补偿后实验结果,谐波电流的控制方法 -基于混合滤波器的控制方法,APF与PF相串联,APF和PF混合使用的HPF,变流器需流过全部无功电流。,可以增强滤波效果； 可以抑制谐振现象。,通过改变输出基波电压控制能量流动。,混合型电力滤波器用于电铁无功谐波综合治理,负载电流波形,负载电流频谱,投入TSF补偿后的网侧电流波形,投入TSF补偿后的网侧电流频
15、谱,投入TSF和APF后的网侧电流波形,投入TSF和APF后的网侧电流频谱,4 实验现场照片,控制机箱,耦合变压器,模拟负载（整流机组）,有源滤波器,无源滤波 电容器,功率 分析仪,无源滤波 电抗器,直流并联混合型有源滤波器,直流有源电力滤波器的原理接线图,Circuit diagram of hybrid active DC filter Used in HVDC,Active DC-filter in the Swedish station in the Baltic Cable HVDC inter-connection.,Siemens,我国天广500kV高压直流输电工程中所用的有源直
16、流滤波器,混合型有源电力滤波器用于无功谐波综合治理,TCR+FC+,APF,安徽省淮北市烈山变电站,无源滤波器参数: 5次滤波器: L5=3.03mH, C5=133.0 F; 7次滤波器: L7= 3.54mH，C7=58.5 F; 附加小电感: La=0.52mH;,TCR容量： 3MVA 无源滤波器无功补偿容量： 3.6 MVA 综合电能控制器无功容量补偿范围： 0.63.6 MVA.,配电网中谐波电流的控制方法,配电网中谐波电流的治理意义重大 无源分流控制方式成本最低 有源对消控制方式灵活性最好 有源无源协调控制方式性价比好,4. 储能调节稳定系统电压,间歇突变型负荷对电网产生的影响 易对电网产生冲击，引起
