谐波的产生危害及治理(平顶山).ppt

1、谐波的产生危害及治理 主讲：刘建华 博士中国矿业大学信电学院个人简介个人简介 刘建华：博士，硕士生导师，中国矿业大学电刘建华：博士，硕士生导师，中国矿业大学电气安全与智能电器研究所副所长。曾获教育部科气安全与智能电器研究所副所长。曾获教育部科技进步三等奖技进步三等奖1项、煤炭部科技进步二等奖项、煤炭部科技进步二等奖1项、项、煤炭工业科技进步二等奖煤炭工业科技进步二等奖2项，山东省科技进步项，山东省科技进步奖奖1项，参与国家自然科学基金项，参与国家自然科学基金2项，发表论文项，发表论文20余篇。余篇。主要研究方向：配电自动化、谐波治理、中性点主要研究方向：配电自动化、谐波治理、中性点接地方式、供

2、电安全。接地方式、供电安全。n电电 话：话：13382679966 051680139889nE-mail:11/10/20222中国矿业大学信电学院目 录一、电能质量简介一、电能质量简介二、谐波二、谐波三、中压电能质量的治理三、中压电能质量的治理11/10/20223中国矿业大学信电学院一、电能质量简介：内容及标准1.1.GB/T GB/T 12325-200312325-2003 电能质量电能质量 供电电压允许偏差供电电压允许偏差；2.2.GB 12326-2000 GB 12326-2000 电能质量电能质量 电压波动和闪变电压波动和闪变;3.3.GB/T 15543-1995 GB/T

3、 15543-1995 电能质量电能质量 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度;4.4.GB/T 15945-1995 GB/T 15945-1995 电能质量电能质量 电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差;5.5.GB/T 14549-1993 GB/T 14549-1993 电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波;11/10/20224中国矿业大学信电学院一、电能质量简介：供电电压允许偏差供电电压允许偏差n电压偏差计算：n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

4、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。11/10/20225中国矿业大学信电学院一、电能质量简介：电压波动和闪变电压波动和闪变l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。l电压变动d：电压变动特性d(t)上，相邻两个极值电压之差。l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。l电压波动：电压方均根值一系列的

5、变动或连续的改变。电压变动频度r次/小时电压变动d的限值低 压、中压高 压r1431r 1032.510r 10021.5100r 10001.251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11/10/20226中国矿业大学信电学院一、电能质量简介：电压波动和闪变电压波动和闪变(续续)l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。l闪变：灯光照度不稳定造成的视感。l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。l长时间闪变值Plt:由 短时间闪变值推算出

6、，反映长时间(若干小时)闪变强弱的量值。电压等级低压中压高压短时间闪变值1.00.9(1.0)0.8长时间闪变值0.80.7(0.8)0.6注：短、长时间闪变值每次测量周期10min、2小时；中压括号中的值仅适用于公共连接点连接的所有用户为同电压级的用户场合。电力系统公共连接点各级电压下的闪变限值电力系统公共连接点各级电压下的闪变限值11/10/20227中国矿业大学信电学院电能质量简介三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度11/10/20228中国矿业大学信电学院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l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。

7、l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。11/10/20229中国矿业大学信电学院电能质量简介公用电网谐波公用电网谐波l总谐波畸变率(THD)：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。公用电网谐波电压公用电网谐波电压(相电压相电压)限值限值电网标称电压kV电压总谐波畸变率各次谐波电压含有率奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01

8、.60.811/10/202210中国矿业大学信电学院电能质量简介公用电网谐波（续）公用电网谐波（续）l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)。11/10/202211中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的产生非线性负载产生谐波：l工业用易产生谐波设备：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。l民用易产生谐波设备：电视机、

9、空调、计算机、日光灯、电冰箱等。谐波流向：l谐波电流主要流过电容器。l谐波电流也流过电网。l谐波电流的流动导致谐波电压。l谐波也注入其他接入同一电网总线的线性负载。l注入电网的谐波也会流向联网的其他用户。11/10/202212中国矿业大学信电学院二、谐波：三相整流产生的谐波l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。l三相整流设备产生的谐波电流值可按如下公式求得：In

10、=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。11/10/202213中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的种类l 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.l 非特性谐波：由频率转换设备产生.系统不平衡(电压和感抗)l 3次谐波（零序谐波）：3*(2n+1),n=0,1,2 例如 3,9,15,21.等.主要影响零序.增加零相电流.11/10/202214中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的相序（1）l每一谐波的相序都有关于基波的联系.l按约定基波被设定为正相序.l所有高次谐波都有相对于

11、基波的正、负或是零相序.11/10/202215中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的相序（2）RYB的相序的相序(+Seq.)基次分量基次分量 R Y B基次基次 +120o 0o -120o 二次二次 +240o 0o -240o 谐波谐波 -120o 0o +120o 因而二次谐波作为负序分量运转因而二次谐波作为负序分量运转.YRBYRB负序11/10/202216中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的相序（3）RYB的相序的相序(+Seq.)基次分量基次分量 R Y B基次基次 +120o 0o -120o 三次三次 +360o 0o -360o 谐波谐波 +0o 0o -0o 因而三次谐

12、波作为零序分量运转因而三次谐波作为零序分量运转.YRBRYB11/10/202217中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的相序（4）谐波次序谐波次序123456789相序相序+-0+-0+-0正序正序负序负序零序零序基次基次2 2次次3 3次次4 4次次5 5次次6 6次次7 7次次8 8次次9 9次次1010次次1111次次1212次次3n+13n+1次次3n+23n+2次次3n+33n+3次次被被3 3除余除余1 1被被3 3除余除余2 2可被可被3 3整除整除每一谐波的相序算法及排列：11/10/202218中国矿业大学信电学院二、谐波：谐波的相序（4）各序谐波的特性及危害：正序正序 负序

13、负序零序零序趋肤效应引起过热趋肤效应引起过热趋肤效应引起过热支持基波与基波对抗在中性点积聚中温过热产生零线发热相对危害较少危害很多造成中性线接地和开路情况的原因11/10/202219中国矿业大学信电学院二、谐波：对设备的的危害设备种类谐波影响变压器由于趋肤效应增加铜损；谐波高频增加铁损；降低效率。电动机增加铜损，铁损；脉动转矩。电力电缆增加铜损，导致过热。开关装置，继电保护误动或据动。自动控制装置操作不正常。电力电容器由于串联或并联谐振导致电容器过载。通信设备产生严重干扰。11/10/202220中国矿业大学信电学院三、中压电能质量的治理：内容及目标l使注入公用电网的谐波电流及公共连接点的谐

14、波电压在国标限值以内；l提高用户用电的功率因数；l使电压波动和闪变在国标限值以内；l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。l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。11/10/202221中国矿业大学信电学院三、中压电能质量的治理：治理设备l无源滤波器FC（手动/自动投切，调谐/非调谐）l静止型动态无功补偿装置SVC：TSC、TSC+TCRl静止型动态无功补偿装置SVC：FC+TCR、FC+MCRl有源滤波器APFl静止无功发生器SVG(又称静止同步补偿器STATCOM)11/10/202222中国矿业大学信电学院三、中压电能质量的治

15、理：无源滤波器FCl主要器件：电容器+电抗器+电阻器（可选）l投切方式：手动、自动l功能：纯补偿（非调谐）、补偿滤波（调谐）l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。l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。l优点：结构简单，造价低廉，适合大规模应用。l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；只能消除特定的几次谐波

16、，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。11/10/202223中国矿业大学信电学院三、中压电能质量的治理:非调谐无源滤波器l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%.l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。l适用于：仅考虑无功补偿，且谐波含量小的场所。l参数选择需要注意防止电容器谐波过载。接线原理图11/10/202224中国矿业大学信电学院三、中压电能质量的治理：调谐无源滤波器l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。l要滤除 5、7、11 次谐波分别采用 5、7、11 次滤波器。l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。l优点：滤波效果好；l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11/10/202225中