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1、电能质量及谐波,中国矿业大学信电学院,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,2,目录,一、电能质量简介 二、谐波 三、中压电能质量的治理,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,3,一、电能质量简介：内容及标准,GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差； GB 12326-2000 电能质量 电压波动和闪变; GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度; GB/T 15945-1995 电能质量 电力系统频率允许偏差; GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波;,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,4,一、电能质量简介： 供
2、电电压允许偏差,电压偏差计算：供电电压的允许偏差： 1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的 10；注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 2） 10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的 7 。 3）220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7 、10 。 4）对供电电压允许偏差有特殊要求的用户，由供用电双方协议确定。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,5,一、电能质量简介：电压波动和闪变,电压变动特性d(t)：电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的百分数表示。 电压变动d：电压变动特性d(t)上，
3、相邻两个极值电压之差。 电压变动频度r：单位时间内电压变动的次数(电压由大到小或由小到大各算一次变动)。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30 ms，则算一次变动。 电压波动：电压方均根值一系列的变动或连续的改变。,电力系统公共连接点或波动负荷用户引起的公共连接点电压变动限值,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,6,一、电能质量简介：电压波动和闪变(续),闪变时间t: 一个有时间量纲的值，表示电压变动的闪变影响，和波形、幅值以及频度均有关。 闪变：灯光照度不稳定造成的视感。 短时间闪变值Pst: 衡量短时间(若干分钟)内闪变强弱的一个统计量值。 长时间闪变值Plt: 由 短时间闪变值
4、推算出，反映长时间(若干小时)闪变强弱的量值。,电力系统公共连接点各级电压下的闪变限值,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,7,电能质量简介三相电压允许不平衡度,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,8,电能质量简介电力系统频率允许偏差,电力系统频率允许偏差：正常允许0.2Hz，当系统容量较小时允许0.5Hz 。 用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0.2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的交全、稳定运行以及正常供电。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,9,电能质量简介公用电网谐波,总谐波畸变率(THD)
5、：周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。分为电压总谐波畸变率与电流总谐波畸变率。,公用电网谐波电压(相电压)限值,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,10,电能质量简介公用电网谐波（续）,公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超过表2中规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，表2中的谐波电流允许值应进行换算即：各次谐波电流分量各次谐波电流允许值*(公共连接点的最小短路容量/基准短路容量)。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,11,二、谐波：谐波的产生,非线性负载产生谐波： 工业用易产生谐波设
6、备：直流调速器、变频调速器、不间断电源系统（UPS）、 现代照明系统、焊接装置 、感应加热炉、整流器、饱和变压器等。 民用易产生谐波设备：电视机、空调、计算机、日光灯、电冰箱等 。 谐波流向： 谐波电流主要流过电容器。 谐波电流也流过电网。 谐波电流的流动导致谐波电压。 谐波也注入其他接入同一电网总线的线性负载。 注入电网的谐波也会流向联网的其他用户。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,12,二、谐波：三相整流产生的谐波,三相整流设备产生的谐波电流，其谐波次数可按如下公式求得： N = fn / f1 = K*P1公式中：N = 谐波次数；fn = 谐波电流频率 ； f1 = 基波电
7、流频率 ； K = 1，2，3， ； P = 整流设备的波头数（6、12、24）。例如：6 波头的整流器将产生 5，7，11，13 次谐波。三相整流设备产生的谐波电流值可按如下公式求得： In = I1 / N公式中：In = N 次谐波的电流值 ； I1 = 基波电流值； N = 谐波次数。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,13,二、谐波：谐波的种类,特性谐波：与相关回路结构相关.有规律的谐波次数.谐波频率可由公式 k*p+1 ; k = 1,2,3得到.谐波频率呈规律性.非特性谐波：由频率转换设备产生.系统不平衡 (电压和感抗)3次谐波（零序谐波）：3*(2n+1) ,n =
8、0,1,2 例如 3,9,15,21 等.主要影响零序.增加零相电流.,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,14,二、谐波：谐波的相序（1）,每一谐波的相序都有关于基波的联系.按约定基波被设定为正相序.所有高次谐波都有相对于基波的正、负或是零相序.,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,15,二、谐波：谐波的相序（2）,RYB的相序 (+ Seq.) 基次分量 R Y B 基次 +120o 0o -120o 二次 +240o 0o -240o 谐波 -120o 0o +120o 因而二次谐波作为负序分量运转.,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,16,二、谐波：谐波的相序
9、（3）,RYB的相序 (+ Seq.) 基次分量 R Y B 基次 +120o 0o -120o 三次 +360o 0o -360o 谐波 +0o 0o -0o 因而三次谐波作为零序分量运转.,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,17,二、谐波：谐波的相序（4）,每一谐波的相序算法及排列：,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,18,二、谐波：谐波的相序（4）,各序谐波的特性及危害：,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,19,二、谐波：对设备的的危害,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,20,三、中压电能质量的治理：内容及目标,使注入公用电网的谐波电流及公共连接点
10、的谐波电压在国标限值以内； 提高用户用电的功率因数； 使电压波动和闪变在国标限值以内； 使电压凹陷、凸起、短时中断的幅值和持续时间在设备容许范围内。 使用户设备在电磁兼容允许范围内安全经济运行，把对电网的干扰限制在国标限值以内。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,21,三、中压电能质量的治理：治理设备,无源滤波器FC（手动/自动投切，调谐/非调谐） 静止型动态无功补偿装置SVC：TSC、TSC+TCR 静止型动态无功补偿装置SVC：FC+TCR、FC+MCR 有源滤波器APF 静止无功发生器SVG(又称静止同步补偿器STATCOM),2018/10/20,中国矿业大学信电学院,22,
11、三、中压电能质量的治理：无源滤波器FC,主要器件：电容器+电抗器+电阻器（可选） 投切方式：手动、自动 功能：纯补偿（非调谐）、补偿滤波（调谐） 滤波原理：采用电力电容器串联适当比例的电抗器，形成针对某一特定频率的低阻抗滤波回路，吸收特定频率的谐波电流，补偿基波无功功率。 适用场合：无功功率大、功率因数低、无功变化不频繁，具有典型特征谐波（5，7，11，13次）的工业负荷。 优点：结构简单，造价低廉，适合大规模应用。 缺点：响应时间长，两次投切间隔通常要几秒放电时间，不能补偿动态无功；补偿容量受到电网电压的限制，电网电压越低，输出无功越小，而此时恰恰需要向电网输出无功，以期抬高电网电压水平；只
12、能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；投切产生涌流及过电压会对系统会造成冲击，补偿精度低。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,23,三、中压电能质量的治理:非调谐无源滤波器,非调谐(Detuned)或谐波抑制滤波器：谐振频率fR 最低主谐波频率的90%；例如：fR =214Hz,小于5次谐波的90% . 电抗系数 12.5% 或 14%适用于 3次谐波 ；电抗系数 5.5% 或 7%适用于 5、7次谐波 。 适用于：仅考虑无功补偿，且谐波含量小的场所。 参数选择需要注意防止电容器谐波过载。,接线原理图,2018/10/20,中国
13、矿业大学信电学院,24,三、中压电能质量的治理：调谐无源滤波器,调谐(Tuned)或谐波吸收滤波器：谐振频率 fR在被吸收的谐波频率的10%的范围内；例如：fR =246Hz,吸收 5次谐波。 要滤除 5、7、11 次谐波分别采用 5、7、11 次滤波器。 适用于：考虑无功补偿同时需要进行谐波吸收的场所，一般谐波成份固定且无功变化不大。 优点：滤波效果好； 缺点：无功变化较大时，难以做到补偿与谐波治理的完美结合。,接线原理图,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,25,三、中压电能质量的治理：SVC-TSC,主要器件：FC+TSC或FC+TSC+TCR TSC投切方式：晶闸管投切电容器，
14、有晶闸管和二极管反并联及两个晶闸管反并联两种方式。 冷却方式：水冷、风冷。 功能：分组补偿电网感性无功，吸收电网中特定频段谐波电流。 优点：动态跟踪无功变化，跟踪速度可达510ms，不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切，对三相不平衡负荷可以分相补偿。 缺点：控制复杂；晶闸管的冷却系统必须带电运行，水冷运行维护成本高，风冷效率低；自身产生的谐波不可忽视，谐波治理效果不理想；产生电磁辐射污染。 TSCTCR补偿器：以电容器作分级粗调，以电感作相控细调。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,26,三、中压电能质量的治理：SVC-FC+TCR/MCR,主要器件：FC+TCR、FC+MCR FC
15、+TCR投切方式：FC固定投切，可控硅调节相控电抗器投入比例。 FC+MCR投切方式：FC固定投切，可控硅调节磁控电抗器投入比例。 冷却方式：水冷、风冷。 功能：补偿电网感性无功，FC吸收电网中特定频段谐波电流，部分减小无功冲击造成的电压波动与闪变。 优点：动态跟踪无功变化，跟踪速度可达20ms，不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切。 缺点：功耗大；占地面积大；晶闸管的冷却系统必须带电运行，水冷运行维护成本高，风冷效率低；自身产生的谐波不可忽视，谐波引起电感、电容发热，导致绝缘老化，电容器参数参数变化及损坏；谐波在TCR与FC间流动增加损耗，降低效率；谐波引起电磁兼容问题干扰周围设备；谐波造成电磁污染、辐射环保问题。,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,27,三、中压电能质量的治理： SVC-FC+TCR,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,28,三、中压电能质量的治理：SVC （续）,2018/10/20,中国矿业大学信电学院,29,三、中压电能质量的治理：APF,主要器件：有源滤波器APF 分类：电压型和电流型；并联型和串联型。实用的为并联电压型。 原理：利用PWM技术实现的电流发生器,它产生与负载无功(基波与谐波)电流大小相等、方向相反的电流，使注入电网的无功电流为零。功能：谐波治理无功补偿抑制电压骤降抑制闪变。,
