港口配电系统mpl全面谐波治理方案大学论文Word格式.docx
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1.3.2对电网的影响11
1.4问题（谐波）分析11
第2部分治理及结论15
2.1谐波治理方案15
2.1.1方案的特点如下：
15
2.2MPL7200A16
2.2.1概述16
2.2.2MPL7200A工作原理16
2.2.3MPL7200A产品特点17
2.2.4MPL7200A技术指标18
2.3MPL713020
2.3.1简介20
2.3.2原理20
2.3.3MPL7130的技术参数20
2.3.4MPL7130的优良特性22
2.3.4.1应用频段宽22
2.3.4.2高可靠性22
2.3.4.3保障控制设备运行22
2.3.4.4经久耐用，安全可靠22
2.4治理后检测23
表目录
表11谐波的分类比较与治理8
表12谐波对电力系统中的设备和元件的常见影响10
表21MPL7200A技术指标19
图目录
图11含有5次和7次谐波的畸变波形8
图12电流波形图以及电流THDi值13
图13电压波形图以及电流THDi值13
图14港口门机工作时无功需求趋势图、功率和电能14
图15PF受THDi影响下降曲线15
图16存在谐波情况下系统阻抗示意图15
图21有源滤波柜17
图22MPL7200A工作原理图17
图23治理前后对比25
版本说明
版本号
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审核
修订章节
页码
完成日期
修订说明
1.0.0
--
2016-6-28
起草编制
索引
1台“并联高频滤波单元”（MPL7130），15
MPL713018
有源滤波装置15
第1部分概述及分析
1.1引言
近年来电力电子技术以其节能、高效、便于操控的特点，在港口的配电系统中已经广泛的被应用，尤其是整流、变频以及能量回馈等技术已经大量应用于门机、集装箱岸桥等机械设备。
但是，这些新技术的使用不可避免的对港口的配电系统产生大量干扰，特别是谐波干扰已经成为一个不可避免的问题。
其中大部分重型设备都会向配电系统注入5次、7次等谐波。
高次谐波对系统会产生各种危害，例如，变压器过热、噪音增大，电容器频繁鼓肚、导致功率因数低，电缆发热严重等。
根据国标GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》的相关规定，对有下列情形之一，严重影响电力安全的用户，供电企业可以中断供电：
“
（一）用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行所注入电网的谐波电流或者引起公共连接点电压正弦畸变率超过国家规定标准时，在供电企业通知后，用户不予改正的；
（二）用户的冲击负荷、波动负荷、非对称负荷对供电质量产生影响或者对安全运行构成干扰、妨碍，在供电企业通知后，用户不予改正的”谐波无论对电力系统还是对用户的用电设备都造成了很大影响，根据相关规定，建议对该配电系统进行谐波治理。
本文根据实际测试的结果，分析港口谐波源的特点，并提出相应的治理措施。
1.2谐波
1.2.1概述
电力谐波是频率为50Hz整倍数的正弦波电压或电流。
发电厂或者发电机发出的电压是频率为50Hz的正弦波波型，称为基波，50Hz称为基波频率。
频率为50Hz整倍数的正弦波称为谐波。
谐波用基波的倍数表示，例如频率为150Hz的正弦波称为3次谐波，频率为250Hz的正弦波称为5次谐波，频率为350Hz的正弦波称为7次谐波，以此类推。
谐波频率的正弦波电压或电流称为谐波电压或谐波电流。
当基波和谐波叠加时，形成形状怪异的波形，这称为波形畸变。
例如，图1-1是基波与5次、7次谐波叠加的结果，这是工业场合常见的电流波形。
在实际工程中，大多数谐波为奇次谐波，也就是3、5、7、11、13•••••。
图11含有5次和7次谐波的畸变波形
总结：
正常的交流电压或者电流是正弦波，当电压波形或电流波形发生畸变时，就说明其中包含了谐波成分，畸变的程度越大，包含的谐波成分越多。
国标《电能质量公用电网谐波GB/T14549-93》对谐波（分量）的定义是：
对周期性交流分量进行傅立叶级数分解得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。
总谐波畸变率（THD）作为衡量用电质量的一个重要指标，它的定义是：
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）。
电压总谐波畸变率以THDu表示；
电流总谐波畸变率以THDi表示。
1.2.2分类
供电系统中谐波可分为电力侧谐波和用户侧谐波。
又称低频谐波，通常是指40次以下的谐波，尤以3、5、7、9等次谐波为代表，其主要的对供电系统产生危害，造成电网供电效率下降，电容发热甚至烧毁等。
又称高频谐波，通常是指40次以上的谐波，频率通常在2000Hz以上，其主要的对用电设备产生危害，造成工作质量下降、死机、损坏、寿命下降等。
电力侧谐波
用户侧谐波
谐波次数
2≤n≤40
即100Hz—2000Hz
40≤n
即2KHz—10MHz
能量大小
大
小
危害范围
电力变压器，配电设施等
计算机、PLC、控制设备等
危害特点
对设备有明显物理损伤，不干扰控制设备
对设备的物理损伤小，干扰控制设备
治理方法
谐波保护器-有源滤波器
谐波保护器-被动方式
对应产品
MPL7200A
HPD1000
HPD99
表11谐波的分类比较与治理
设备、元件
谐波效应
动作反应
中线导体
在三相四线制系统中，中线导线可能会受220V支路上非线性负载的严重影响。
如果负载是单相的，某些谐波（3次谐波的奇数倍：
3次，9次，15次）在中线上不是相互抵消，而是相互叠加
如果系统中有很多这样的负载，中线电流可能超过其中任何一相的电流——非常危险，因为中线上没有断路器保护。
开关柜
热磁式断路器
使用两种金属机械式断开方式对电流热效应产生反应。
峰值感应断路器
对电流波形的峰值产生反应，并非总是正确的对谐波电流作出反应。
当温度过高断路器会断开，从而可以对谐波电流过载起保护作用。
因为谐波电流的峰值通常高于正常值，在较低电流时，断路器可能提前动作。
如果峰值低于正常值，断路器可能不会正常动作
母线和接线板
中线母线和接线板的尺寸应足够承受满负荷额定相电流。
当附加的3次奇数倍谐波叠加使中线导线过载时，它们也会过载
断路器
开关柜是按50Hz的电流而设计的。
高频的谐波电流引起的电磁场会导致开关柜产生机械谐振。
在谐波频率开关柜会产生机械振动并发出嘶嘶的声音
变压器
某些商业建筑使用380V/220V，△-Y连接的变压器。
这些变压器通常给商业建筑中的插座供电。
单相非线性负载连接到这些插座上产生3次基波奇数倍谐波，并在中线上代数叠加。
变压器问题也可能发生在芯损和铜损。
变压器通常只是在50Hz相电流负载下标定。
由于涡流和磁滞的作用，用户侧谐波电流会增加芯损，从而导致在与50Hz相同的电流下产生更多的发热。
当中线电流抵达变压器，它会感应在△初级线圈中并进行循环，导致过热和变压器损坏。
变压器可能会被烧毁。
这些热效应要求变压器降载使用以满足谐波负载或用特殊设计的“K因数”变压器替代。
发电机
备用发电机和变压器会有同样的问题。
因为它们为产生谐波的负载提供备用的能量，而发电机比这些负载更脆弱。
除了过热，某些谐波在电流波形的过零点产生失真，它会干扰或引起发电机控制的电路不稳定。
控制设备
变频器、开关电源及UPS等设备自身产生大量的高次谐波，而高次谐波对控制设备和控制系统的干扰极大。
使设备（如PLC、音响、医疗设备、继电保护、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作。
用电设备
变频器、开关电源及UPS等产生的高次谐波通过系统传输，干扰用电设备的电源。
使设备（如PLC、音响、医疗设备、计算机显示器等）出现噪音、屏闪、寿命缩短等现象。
通讯系统
通常通讯系统对电源的要求都比较高，而大量高次谐波的存在对其的干扰将会非常的严重。
干扰电话线路及网络线路，使通讯不能正常传输，使通讯出现杂音、误码甚至中断。
表12谐波对电力系统中的设备和元件的常见影响
1.3谐波对港口配电系统的影响
1.3.1对设备的影响
谐波使配电系统遭到污染，这都可能影响继电保护、计算机系统和精密机械或仪器正常的运行、操作，降低这些设备的使用寿命，甚至引起继电保护误动作而形成不必要的事故，造成不同程度的影响和损害，特别是对感应型电能表的影响。
相关研究表明，感应型电能表对2次以上的谐波有逐渐增大的衰减特性，达到9次时已衰减掉80％以上。
1.3.2对电网的影响
电网无功配置容量中电容器所占比例最大，其中用户电容器约占全部电容器的2/3。
这部分电容器的设计大多只考虑无功补偿量，不考虑装设点电能质量的实际污染情况，因此，运行点电能质量指标低时，常造成一些事故，如补偿装置投不上、电容器使用寿命降低、电容器保护熔丝熔断，甚至发生串并联谐振，引发电容器的谐波过电压与过电流，导致电容器爆炸等。
用户电容器的管理仍按平均功率因数进行考核，由于存在谐波，还会对功率因数产生影响，一般的，设备的输入功率因数：
。
从该式可以看出，当电流、电压发生畸变时，其功率因数会随着减小。
1.4问题（谐波）分析
港口供电系统中的谐波问题已引起业界人士的普遍重视,特别是随着港口建设的迅速发展,港口规模不断扩大,港口用电设备大量采用硅整流设备和可控硅变流设备,以及在堆场照明中普遍采用的放电类电光源设备。
这些非线性负载产生的各次的高次谐波,能使变压器、电动机等发热,也能使回路过载发热,造成断路器频繁跳闸,甚至引起火灾。
由于谐波的产生会严重降低港口的供电质量,因此,防治谐波,降低损耗,提高供电系统电能质量是非常重要的。
下面是对港口配电系统的测试结果分析：
图1-2所示为测量点电流波形图以及电流THDi值。
该图中由于受负载影响，电流波形畸变很严重，这是电流在正弦波形情况下叠加了各种谐波导致的，从该谐波表格可以详细看到各次谐波含有率，由于港口有大量变频器负载，导致配电系统中5次、7次、11次谐波含量过高。
图12电流波形图以及电流THDi值
图1-3所示为电压波形及其谐波表格。
电压出现畸变，主要原因是畸变的电流在线路谐波
阻抗上产生的，由于电流畸变十分严重，当畸变的电流流经线路阻抗时，会产生畸变的电压降，根据基尔霍夫电压定律可知，在该配电系统上的其他设备也必定是连接到畸变的电压上，从而受到严重影响。
图13电压波形图以及电流THDi值
图1-4所示为该港口门机工作时无功需求趋势图以及办公区电能情况。
从图4中可以看到，这些设备在空载和负重时所需无功差别大，变化快。
下图可以看到，在门机工作时，每隔1分钟左右就会有一次很大的无功需求，传统无功柜采用接触器切投，功率因数控制器（RVC）控制。
RVC会设置相应的步进投切时间，一般时间设置会在10s到40s之间，例如ABB低压RVC步进投切时间默认为40s，投切时间太长跟不上负载无功需求，投切时间太短会导致接触器、电容器等元件老化加速。
跟据这一特性可知，传统的无功补偿
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