谐波治理与节能降耗.ppt

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谐波治理与节能降耗谐波治理与节能降耗主要内容谐波的产生及危害谐波的治理措施谐波治理与节能降耗谐波产生的原因发电源质量不高产生谐波：

发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

输配电系统产生谐波：

输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。

它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。

铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。

谐波产生的原因用电设备产生的谐波：

1.晶闸管整流设备。

由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。

我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。

如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。

如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。

经统计表明：

由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。

2.变频装置。

变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

电弧炉、电石炉。

由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。

其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%20%，最大可达45%谐波产生的原因用电设备产生的谐波：

3.气体放电类电光源。

荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。

分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。

家用电器。

电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。

在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。

这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。

谐波的危害增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。

谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；谐波改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备的正常运行。

各次谐波的危害主要谐波频段谐波特征主要危害原理主要危害对象3次、9次固定频段叠加零线电流零线发热器件发热5次、7次固定频段与油机或电容谐振油机谐振带载失败补偿电容发生爆裂变压器发热降容产生噪音1125次动态分布产生集肤效应，导体表面发热开关误跳闸线损加大、发热25次以上射频动态分布造成电磁发射，形成EMC干扰数据通信干扰，处理速率下降谐波治理措施1.无源滤波器传统的抑制高次谐波的方法，是使用LC无源电力滤波器，一般是根据谐振原理来工作。

它具有结构简单、一次性投入低、运行费用低，它在很宽的频率范围内呈现为低阻抗，可以抑制多个频率的谐波。

在吸收高次谐波的同时补偿无功功率，还具有改善负载功率因数的功能。

但由于结构原理上的原因，在应用中存在以下难以克服的缺点。

由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不可能出现的，阻抗的变化大大妨碍了滤波效果，并且还存在滤波器过负荷的可能性。

只能抑制按设计要求规定的谐波成分。

有时由于高次谐波的成分较多，必须同时加入多个滤波器。

这会使整个滤波器的成本和体积增加。

随着电源侧谐波发生源的增加，谐波电流超量时，可能会引起滤波器的过负荷。

LC滤波器电路会因系统阻抗参数变化而发生与系统并联谐振问题，从而使装置无法运行。

对于特殊的谐波，当系统阻抗和频率变化时，有可能因与电源阻抗并联谐振而产生“谐波放大现象”，使电路无法正常工作。

.消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。

谐波治理措施2.有源滤波器有源滤波器的基本原理是从被补偿对象中检测出谐波电流，然后由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等但极性相反的补偿电流（并联型）或对应的谐波电压（串联型），从而消除电网中的谐波电流，使电网电流只含有基波分量。

与传统的LC滤波器相比，有源滤波器优点如下：

实现了动态补偿，可对频率和幅值都变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速的动态跟踪补偿。

滤波器特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。

补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量不大。

可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节，既可对一个谐波单独补偿，也可以对多个无功和谐波源集中补偿，性价比合理。

有源电力滤波器有源滤波器分类并联型有源电力滤波器并联型APF在系统中，相当于一个谐波电流发生器。

检测的信号经控制电路进行参考电流运算，得出补偿电流的参考信号。

该参考信号经主电路放大，得出补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流抵消，即得到所期望的与电网电压同相的基波正弦电流，从而抵消了线路中的谐波电流，将电流侧电流补偿为正弦波。

串联型有源电力滤波器补偿装置工作时，APF相当于一个与负载串联且受谐波电流控制的受控电压源，它产生一个K倍于谐波电流的谐波电压，因此，APF对谐波来讲可等效为阻值为K的电阻，而对基波来讲，其阻值K为零。

混合型有源电力滤波器有源电力滤波器（APF）作为一种能动态抑制谐波的电力电子装置广受关注，并出现了众多电路结构和控制方案，这其中，将传统的无源滤波器和APF结合起来，互相取长补短，组成混合有源滤波器，也是当前APF研究领域的一个重要方向。

APF的原理有源电力滤波器由两大部分组成有源电力滤波器由两大部分组成:

即指令电流运算电路和补偿电流发生电路即指令电流运算电路和补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成）。

由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成）。

指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。

指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。

补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。

主电路目前均采用号，产生实际的补偿电流。

主电路目前均采用PWM变流器。

变流器。

APF的原理APF原理APF的特点各种谐波治理及无功补偿方法比较人工切换并联电容补偿自动切换并联电容补偿电感电容补偿串联型有源功因补偿并联型有源功因补偿有源无源混合补偿技术先进性最低低中高高高功率因数很难到1接近1接近1接近1接近1接近1谐波滤除不能，有时增加谐波不能，有时增加谐波能，部分低次谐波能，多次谐波能，多次谐波能，多次谐波电流THD不变，甚至增强不变，甚至增强降低，但是任然较高8%（5%）8%（5%）8%（5%）补偿方式静态静态静态动态动态动态震荡可能性可能可能可能不可能不可能不可能节能效果小小中高高高扩容性好好不好不好非常好非常好造价很低较低中高高高谐波治理与节能降耗谐波造成的电能损耗：

谐波网损的计算方法有两种，一种是采用谐波畸变率的谐波网损计算方法，另一种方法是采用等值电阻法计算谐波网损。

采用谐波畸变率的谐波网损计算方法：

在不考虑集肤效应的情况下，线路电阻是一个固定值，则没有谐波时线路损耗为，而有谐波时线路损耗为：

故线损增加率：

等值电阻法1.考虑高次谐波集肤效应若考虑集肤效应，发电机的电枢电阻和变压器等值电阻简单的可以用基波电阻的模型，即n为谐波次数，为基波阻抗，为谐波阻抗，则谐波损耗可统一表示为：

对于输电线，谐波模型可以采用如下式子：

式中，r为输电线单位长度的电阻（/），l为线路长度，n为谐波此时。

其谐波损耗为：

滤波补偿经济效益线路节电为变压器额定容量为补偿前功率因数为补偿后功率因数k为主变负荷率=（平均负荷/变压器额定容量功率因数）为线损率为满负荷全年耗电时间变压器节电量为变压器总短路损耗（满负荷时的铜损）为有功功率为视在功率滤波补偿经济效益力率电费的节约力率电费=有功电费力率=有功功率全年工作小时电费单价力率力率以当地供电局功率因数考核点及实际功率因数计算。