（完整版）供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座.docx

供电系统谐波治理技术讲座无源电力滤波器的设计与调试华北电力高校电气工程学院一、无源 LC 滤波器基本原理和结构 LC 滤波器仍是应用最多、最广的滤波器；1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器；2、滤波器设计要求1 ）使注入系统的谐波减小到国标答应的水平；2 ）进行基波无功补偿，供应负荷所需的无功功率；3、单调谐滤波器由图主电路可求：fr 1/ 2 LChr fr / f1X C / X L调谐频率：调谐次数：Z R2〔2 fL1 〕22 fcR2 〔 f XLf1f1 X 〕Cf在谐振点：∣ z∣＝ RX 0特点阻抗： 品质因数：L 1 LC Cq r L L R R Cq 为设计滤波器的重要参数，典型值 q=30～ 60；4、高通滤波器用于吸取某一次数及其以上的各次谐波；如以下图；Z j 1Cj LRR j Lω2 L2 R LR 2 1R 2 ω2 L2j R 2ω2 L2 C复数阻抗：截止频率：m＝L R2C1f0＝2 CRf 0 1 X Ch 0 ＝f1 2 f1CR R结构参数： ，一般取 m=~2； q= ~依据以上三式可设计高通滤波器的参数；二、滤波器设计内容和运算公式1、滤波器参数选择原就原就：最小投资；母线 THDU 和进入系统的谐波电流最小；中意无功补偿的要求；保证安全、牢靠运行；参数设计、选择前必需把握的资料：1 ）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料；2 ）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；3 ）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等） ；4 ）无功补偿要求；要达到的滤波指标；5 ）滤波器主设备参数误差、过载才能、温度等要求；以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件；案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料2、滤波器结构及接线方式选择由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器；工程接线可灵敏多样， 但举荐接受电抗器接电容低压侧的星形接线， 主要优点是：1 ）任一电容击穿短路电流小；2 ）设备承担的仅为相电压；3 ）便于分相调谐；高通滤波器多接受二阶减幅型结构（基波损耗小，频率特性好，结构简洁）；经济缘由高通滤波器多用于高压；1、滤波器参数选择原就原就：最小投资；母线 THDU 和进入系统的谐波电流最小；中意无功补偿的要求；保证安全、牢靠运行；参数设计、选择前必需把握的资料：1 ）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料；2 ）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；3 ）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等） ；4 ）无功补偿要求；要达到的滤波指标；5 ）滤波器主设备参数误差、过载才能、温度等要求以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件；本案例 1 段母线滤波器接线（图纸拷贝） ；3、滤波器设计参数的分析处理参数设计必需应依据实测值或确定牢靠的谐波运算值，但依据详细情形可作一些近似处理：1 ）母线短路容量较小或换算得到的系统电抗（包括变压器） XS 较大时，可忽视系统等值电阻 RS；2 ）系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，新老谐波电流源应一起考虑；3 ） L、C制造、测量存在误差，以及 f 、T 变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必需考虑的问题；4 ）参数设计涉及技术指标、安全指标和经济指标，往往需经多个方案比较后才能确定；4、滤波器方案与参数的分析运算1）确定滤波器方案确定用几组单调谐滤波器，选高通滤波器截止频率，以及用什么方式中意无功补偿的要求；例如：三相全波整流型谐波源，可设 5、7、11 次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选 12 次；无功补偿要求淡定量需求平稳角度，通过计 算综合确定；2 ）滤波器基本参数的分析电容器基本参数： 额定电压 UCN、额定容量 QCN、基波容抗 XC，而 XC=3 U2CN/ QCN（这里 QCN是三相值）；为保证电容器安全运行，电压应限制在确定范畴内；UhU2 2C1 Chh 11.16U CN3）滤波器参数的初步运算（按正常条件）U C1U Chh 11.1U CN设 h 次谐波电压含有率为 HRU，h通过推导可得到：3U2QCN CN23UICN hCX 〔 HRU h 〕U1q .hI hX C 〔 HRU h 〕U 1hq其中， q 为滤波器的正确品质因数；以上是从保证电容器电压要求初II2 2C1 Ch1.3I CN步选择的参数；但为保证电容器的安全运行仍应中意过电流和容量平稳的要求，公式如下：QCNQC1QCh4）滤波器参数的初步运算L X L 1I L11.3QCN 3U CN串联电抗器参数X X CL h 2以上为单调谐滤波器参数的初步选择；5）滤波器参数的最终确定滤波器最终参数需通过大量、多次频率特性仿真运算结果确定；并依据要求指标进行校验；为保证安全运行，仍要选断路器、避雷器、爱惜等；自动调谐滤波器（转变电感 L ）能提高滤波成效；但由于技术经济的缘由，目前应用不普遍；5、滤波器参数指标的校验U CNh2 252 U 1 U hh 1h 21）电压平稳 ：校验支路滤波电容器的额定电压2）电流平稳：校验滤波电容器的过电流水平2I C12 1.3IIChC1，IEC 为倍；3）容量平稳： QCN= QC（1 基波容量） +Σ Q h 〔 谐波容量 〕 ；3U2Q ch I hCNchh[U 2h21〔 h2 U1〕 2 ]对滤波支路仅考虑 I1 和 Ih 通过时，近似有：6、其它分析、运算工作1）滤波支路等值频偏（总失谐度）的运算f1 1 L C〔 r 〕f1 2 L Cq ctg〔 2s / 2〕1 cos s2 sin s2）滤波支路品质因数 q 值的运算其中，δ s 为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角；3）滤波器性能和二次爱惜等分析运算滤波器设计的技术性很强，需有特地的程序；除参数运算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振（串、并联）等滤波性能进行分析；三、案例滤波器设计方法介绍1、案例简介2、谐波数据合成中频炉属交－直－交供电， 换流脉动数为 6，特点谐波值为 6K 1 次谐波；非对称触发等缘由，存在非特点谐波；福建中试测试：线 2、线 4 和中频炉馈线；各谐波电压畸变率全部超标， 5、11、13 及以上谐波电流超标；非在电网最小方式、钢厂非满负荷下的测试，测试结果偏小；及今后8 台炉投运超标确定更大；设计问题：没有单台电炉谐波测试数据，没有新供电方案下负荷同时运行测试数据，需依据体会及现有供电方案谐波测试数据进行分析猎取设计数据；按电炉变 80％负荷率合成各母线谐波电流 ；3、基波无功容量运算按母线电炉全部运行功率因数大于， 单炉运行功率因数应小于 1，治理前平均功率因数取条件，通过程序运算各段母线的三相基波补偿容量：10KV I 段： Q=10KV II 段： Q=605 频炉线： Q=4、考核标准运算和滤波器配置选择依据各母线的短路容量，运算各段母线电炉运行过程中的谐波考核标准；以及对比合成的谐波电流水平，选择、配置各段母线的滤波器； 总电压畸变率国标规定的限值各级电网谐波电压限值（ %）电压（ KV） THD 奇次 偶次5... 43110 2答应注入电网的各次谐波电流国标规定限值（部分）短路容量不同时的换算公式：ISkhSkjI hp依据短路容量换算案例的各母线谐波电流答应值；标 称 电 基 准 短 路 234567891011压（ KV） 容量（ MVA）（ I ）〔II〕〔605〕标称电压 基 准 短路 12131415161718192021（ KV） 容 量（MVA）（ I ）〔II〕〔605〕标 称 电 压（KV）基 准 短 路 容量（ MVA）22 23 23 24 25. .（I ）〔II〕〔605〕与合成的案例谐波比较： 各母线谐波电流均超标， 由于装置的非同时触发，存在非特点谐波超标的现象；因此只能对主要的频谱进行设置滤波器；由 于电炉运行方式大幅度变化，特殊是 10KV I 段负荷变化较大，受基波无功补偿容量限制，参数设计存在难度及影响其滤波成效；综合考虑：各母线配置 5、7、11、13 次滤波器；5、滤波器参数设计（以 10KV I 段为例）由于中频炉谐波为连续频谱谐波，以及基波补偿电容器的限制，滤波器参数设计很难中意要求，经几十次分析、比较，确定的案例最终单相参数如下：H5H7H11H13合计电容器（μ F）35三 相 电 容 。