供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座18622.docx

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1、供电系统谐谐波治理理技术讲讲座无源电力滤滤波器的的设计与与调试华北电力大大学电气气工程学学院2004.10.20一、无源LLC滤波波器基本本原理和和结构LC滤波器器仍是应应用最多多、最广广的滤波波器。1、常用的的两种滤滤波器：调谐滤滤波器和和高通滤滤波器。2、滤波器器设计要要求 1）使使注入系系统的谐谐波减小小到国标标允许的的水平； 2）进进行基波波无功补补偿，供供给负荷荷所需的的无功功功率。 3、单调谐谐滤波器器 由由图主电电路可求求：调谐频率：调谐次数：在谐振点：zR 特征阻抗： 品质因数： qq为设计计滤波器器的重要要参数，典典型值qq=30060。4、高通滤滤波器用于吸收某某一次数数及

2、其以以上的各各次谐波波。如图图所示。 复数阻抗：截止频率：结构参数： ，一一般取mm=0.522； q=00.7 11.4依据以上三三式可设设计高通通滤波器器的参数数。二、滤波器器设计内内容和计计算公式式1、滤波器器参数选选择原则则原则：最小小投资；母线 THHDU 和进入入系统的的谐波电电流最小小；满足足无功补补偿的要要求；保保证安全全、可靠靠运行。 参参数设计计、选择择前必须须掌握的的资料： 11）系统统主接线线和系统统设备（变变压器、电电缆等）资资料； 22）系统统和负荷荷的性质质、大小小、阻抗抗特性等等； 33）谐波波源特性性（谐波波次数、含含量、波波动性能能等）； 44）无功功补偿要

3、要求；要要达到的的滤波指指标； 55）滤波波器主设设备参数数误差、过过载能力力、温度度等要求求。以上资料是是滤波器器参数选选择、设设计必要要条件。案例设计问问题：没没有系统统最终规规模的谐谐波资料料2、滤波器器结构及及接线方方式选择择由一组或数数组单调调谐滤波波器组成成，有时时再加一一组高通通滤波器器。工程程接线可可灵活多多样，但但推荐采采用电抗抗器接电电容低压压侧的星星形接线线，主要要优点是是： 1）任任一电容容击穿短短路电流流小； 2）设设备承受受的仅为为相电压压； 3）便便于分相相调谐。高通滤波器器多采用用二阶减减幅型结结构（基基波损耗耗小，频频率特性性好，结结构简单单）。经经济原因因高

4、通滤滤波器多多用于高高压。1、滤波器器参数选选择原则则原则：最小小投资；母线 THHDU 和进入入系统的的谐波电电流最小小；满足足无功补补偿的要要求；保保证安全全、可靠靠运行。 参数设设计、选选择前必必须掌握握的资料料： 1）系统统主接线线和系统统设备（变变压器、电电缆等）资资料； 2）系统统和负荷荷的性质质、大小小、阻抗抗特性等等； 3）谐波波源特性性（谐波波次数、含含量、波波动性能能等）； 4）无功功补偿要要求；要要达到的的滤波指指标； 5）滤波波器主设设备参数数误差、过过载能力力、温度度等要求求以上资料是是滤波器器参数选选择、设设计必要要条件。本案例1段段母线滤滤波器接接线（图图纸拷贝贝

5、）。3、滤波器器设计参参数的分分析处理理参数设计必必须应依依据实测测值或绝绝对可靠靠的谐波波计算值值，但根根据具体体情况可可作一些些近似处处理： 11）母线线短路容容量较小小或换算算得到的的系统电电抗（包包括变压压器）XXS较大大时，可可忽略系系统等值值电阻RRS； 22）系统统原有谐谐波水平平应通过过实测得得到，在在滤波器器参数设设计时，新新老谐波波电流源源应一起起考虑； 33）L、C制造、测测量存在在误差，以以及f、T变化可可能造成成滤波器器失谐，误误差分析析是参数数设计必必须考虑虑的问题题； 44）参数数设计涉涉及技术术指标、安安全指标标和经济济指标，往往往需经经多个方方案比较较后才能能

6、确定。4、滤波器器方案与与参数的的分析计计算1）确定滤滤波器方方案 确确定用几几组单调调谐滤波波器，选选高通滤滤波器截截止频率率，以及及用什么么方式满满足无功功补偿的的要求。 例例如：三三相全波波整流型型谐波源源，可设设5、7、11次单单调谐滤滤波器，高高通滤波波器截止止频率选选12次。无无功补偿偿要求从从容量需需求平衡衡角度，通通过计算算综合确确定。 22）滤波波器基本本参数的的分析 电电容器基基本参数数：额定定电压UUCN、额额定容量量QCNN、基波波容抗XXC，而而XC=3 UU2CNN/ QQCN（这这里QCCN 是是三相值值）。 为为保证电电容器安安全运行行，电压压应限制制在一定定范

7、围内内。3）滤波器器参数的的初步计计算（按按正常条条件）设h次谐波波电压含含有率为为HRUUh，通通过推导导可得到到： 其中，q 为滤波波器的最最佳品质质因数。以以上是从从保证电电容器电电压要求求初步选选择的参参数。但但为保证证电容器器的安全全运行还还应满足足过电流流和容量量平衡的的要求，公公式如下下： 4）滤波器器参数的的初步计计算串联电抗器器参数以上为单调调谐滤波波器参数数的初步步选择。5）滤波器器参数的的最后确确定滤波器最终终参数需需通过大大量、多多次频率率特性仿仿真计算算结果确确定；并并根据要要求指标标进行校校验。 为为保证安安全运行行，还要要选断路路器、避避雷器、保保护等。 自自动调

8、谐谐滤波器器（改变变电感 L）能能提高滤滤波效果果。但由由于技术术经济的的原因，目目前应用用不普遍遍。5、滤波器器参数指指标的校校验1）电压平平衡 ：校验验支路滤滤波电容容器的额额定电压压2）电流平平衡：校校验滤波波电容器器的过电电流水平平 ，IECC为1.445倍。3）容量平平衡：QQCN= QCC1（基基波容量量）+Q hh (谐谐波容量量)；对滤波支路路仅考虑虑I1 和Ih 通过时时，近似似有：6、其它分分析、计计算工作作1）滤波支支路等值值频偏（总总失谐度度）的计计算2）滤波支支路品质质因数qq值的计计算其中，ss为滤波波器接点点看进去去的系统统等值阻阻抗角。3）滤波器器性能和和二次保

9、保护等分分析计算算滤波器设计计的技术术性很强强，需有有专门的的程序。除除参数计计算外，要要能对滤滤波器的的谐波阻阻抗、综综合阻抗抗、谐波波放大、局局部谐振振（串、并并联）等等滤波性性能进行行分析。三、案例滤滤波器设设计方法法介绍1、案例简简介2、谐波数数据合成成 中频频炉属交交直交供电电，换流流脉动数数为6，特征征谐波值值为6KK1次谐波波。非对对称触发发等原因因，存在在非特征征谐波。 福福建中试试测试：线2、线线4和中中频炉馈馈线；各各谐波电电压畸变变率全部部超标，55、111、133及以上上谐波电电流超标标。 非非在电网网最小方方式、钢钢厂非满满负荷下下的测试试，测试试结果偏偏小；及及今后

10、88台炉投投运超标标肯定更更大。 设设计问题题：没有有单台电电炉谐波波测试数数据，没没有新供供电方案案下负荷荷同时运运行测试试数据，需需根据经经验及现现有供电电方案谐谐波测试试数据进进行分析析获取设设计数据据。 按按电炉变变80负荷率率合成各各母线谐谐波电流流。 3、基波无无功容量量计算 按母母线电炉炉全部运运行功率率因数大大于0.9，单单炉运行行功率因因数应小小于1，治治理前平平均功率率因数取取0.885条件件，通过过程序计计算各段段母线的的三相基基波补偿偿容量： 100KV I段：Q=33.8MMVARR 100KV II段段：Q=2.665MVVAR 6005频炉炉线： Q=11.9MM

11、VARR 4、考核标标准计算算和滤波波器配置置选择 根据据各母线线的短路路容量，计计算各段段母线电电炉运行行过程中中的谐波波考核标标准；以以及对比比合成的的谐波电电流水平平，选择择、配置置各段母母线的滤滤波器。 总电压畸变变率国标标规定的的限值各级电网谐谐波电压压限值（%）电压（KVV）THD奇次偶次0.385.4.02.06.10.43.21.635.66632.41.211021.60.0允许注入电电网的各各次谐波波电流国国标规定定限值（部部分）短路容量不不同时的的换算公公式：根据短路容容量换算算案例的的各母线线谐波电电流允许许值。标称电压（KKV）基准短路容容量（MMVA）2345678

12、91011010.00100.000.2600020.00013.00020.00008.55015.00006.44006.88005.11009.33（I）0110.00116.00025.00016.55012.55016.99008.22013.33006.11006.55004.99008.77(II)0010.0116.00019.11010.11009.55010.88006.22009.00004.77005.00003.77006.55(605)0100.0080.00011.11005.11005.66005.66003.66004.99002.77002.99002.22

13、003.77标称电压（KKV）基准短路容容量（MMVA）12131415161718192021010.00100.00004.33007.99003.77004.11003.22006.00002.88005.44002.66002.99（I）0110.00116.00004.11007.55003.66003.99003.11005.88002.77005.22002.55002.88(II)0010.0116.00003.22005.77002.77003.00002.33004.44002.11004.00001.99002.11(605)0100.0080.00001.88003.3

14、3001.66001.88001.44002.66001.22002.33001.11001.22标称电压（KKV）基准短路容容量（MMVA）2223232425010.00100.00002.33.004.5.004.5002.11004.11（I）0110.00116.00002.22004.33004.33002.00003.99(II)0010.0116.00001.77003.33003.33001.55003.00(605)0100.0080.00001.00001.99001.99000.99001.88与合成的案案例谐波波比较：各母线线谐波电电流均超超标，由由于装置置的非同同时

15、触发发，存在在非特征征谐波超超标的现现象。因因此只能能对主要要的频谱谱进行设设置滤波波器；由由于电炉炉运行方方式大幅幅度变化化，特别别是100KV I段负负荷变化化较大，受受基波无无功补偿偿容量限限制，参参数设计计存在难难度及影影响其滤滤波效果果。 综合合考虑：各母线线配置55、7、111、113次滤滤波器。 5、滤波器器参数设设计（以以10KKV II段为例例） 由于于中频炉炉谐波为为连续频频谱谐波波，以及及基波补补偿电容容器的限限制，滤滤波器参参数设计计很难满满足要求求，经几几十次分分析、比比较，确确定的案案例最终终单相参参数如下下：H5H7H11H13合计电容器（F）27.5115922

16、20.77773333522.9884211三相电容器器安装容容量（kkvarr）18301350186012696309三相基波输输出容量量（kvvar）90066611087263400电抗器（毫毫亨）14.74452229.9611782.3955222.611115考虑的问题题：滤波波效果，电电压、电电流、容容量是否否能够平平衡，是是否存在在谐波放放大，无无功是否否过补等等，通过过对参数数进行多多次仿真真，调整整、比较较和评估估设计效效果，。1段母线补补偿电容容器和滤滤波器同同时运行行仿真示示例：仅滤波器投投入运行行的仿真真示例。四、设备定定货、施施工和现现场调试试1、拟合标标准指标标

17、与产品品定货 按按设计参参数选配配、拟合合标准规规格电容容器，考考虑电抗抗器调节节范围，提提出温升升、耐压压、损耗耗等指标标。 电电容器要要求+误差，电电抗器5%可调调，电容容器质量量。 注注意滤波波电容器器，干式式、油侵侵电容器器等问题题。2、工程施施工需要要注意的的问题 LLC滤波波器属工工程，结结合用户户现场条条件、情情况，设设计单位位应提供供完善的的工程资资料，安安装、施施工要求求；由于于滤波器器现场安安装，要要求工程程单位按按设计施施工、保保证质量量；做详详细安装装检查，保保证连接接正确，防防止相序序、设备备接线错错误 案案例施工工中的问问题：连连接、保保护3、现场调调试主要要要求和

18、和方法 11）要求求：保证证系统可可靠运行行，避免免系统与与滤波器器谐振造造成的谐谐波放大大；投切切过电压压限制在在有效范范围内；保证滤滤波本身身安全运运行，不不会导致致电容、电电感、电电阻等不不发生稳稳态过负负荷，以以及投、切切时的过过电压、过过电流不不损坏本本体设备备。 其其中，多多数与设设计有关关。 22）步骤骤：测量量各种工工况谐波波；计算算系统和和滤波器器频率特特性，研研究是否否可能出出现谐波波放大，决决定滤波波器是正正调偏还还是负调调偏；计计算调整整后的过过电压、过过电流；分析、考考虑配置置的保护护，避雷雷器对投投切、断断路器重重燃过电电压有重重要作用用；编写写滤波器器投入方方案，

19、测测量考核核滤波效效果。 案案例调试试中发生生的问题题：。 3）方法法： 幅频特特性法：谐振时时Z=RR，滤波波器电流流最大；电阻上上的电压压最大，滤滤波器总总电压最最小；因因此，通通过观测测两个电电压与预预估的电电压比较较，可确确定调谐谐回路的的谐振。 缺点：误差大大，有计计算误差差、试验验误差和和观测误误差。 相频特特性法：把电阻阻电压和和滤波器器总电压压分别送送示波器器两个通通道进行行相角比比较，可可确定滤滤波器是是否谐振振。可采采用同轴轴或不同同轴两种种方法。同同轴法看看到的是是点重合合或相反反，因此此误差大大；不同同轴法通通过椭圆圆变成直直线确定定谐振，因因此观察察比较容容易，准准确

20、，工工作量小小。 放电振振荡法：过程如如图 放电时测量量R上电压压，记录录波形； 测量周周波时间间，可计计算谐振振频率。 缺缺点：每每测一次次都需充充、放 电一次次，过程程复杂，也也不够准准确。 因此，三种种方法中中，相频频特性法法比较实实用，而而且可用用频率计计实际测测量谐振振频率；改变信信号发生生器频率率，还可可以测量量滤波器器的阻抗抗频率特特性。 实实际工程程一般采采用-55%（负负偏）调调谐滤波波器。4、案例工工程运行行测试结结果（11段母线线）投运前：电压（V）电流（A）功率因数电压总畸变变率%电流总畸变变率%98005400.8810.15.1投运后：电压（V）电流（A）功率因数电

21、压总畸变变率%电流总畸变变率%1020005600.991.54.2投运后各次次谐波电电流的995%最最大值 五、关于电电弧炉谐谐波治理理的简介介 1、电弧炉炉负荷特特点和治治理要求求 1）三相相负荷电电流严重重不对称称，严重重时负序序可达正正序的550%60%，熔化化期也占占20%。需解解决不平平衡问题题； 2）含有有2、3、4、5、7等次谐谐波，产产生的谐谐波电流流频谱广广，含有有偶次谐谐波，谐谐波治理理要求高高； 3）电弧弧炉随机机运行在在开路-短路路-过载载状态，很很大的功功率冲击击，引起起PCCC母线电电压变动动，存在在电压闪闪变问题题。 4）电炉炉变压器器和短网网消耗大大量无功功，

22、 因此运运行功率率因数非非常低，增增大电网网损耗、降降低电压压水平。 小小容量电电弧炉可可用 LLC 无无源滤波波器，但但对设计计的要求求比较高高，一般般采用CC型电力力滤波器器。2、常用SSVC形形式和TTCR补补偿原理理 常用的的SVCC有晶闸闸管控制制电抗器器（TCCR）、自自饱和电电抗器（SR）和晶闸管投切电容器（TSC）三种。 TCRR原理、结结构，以以及相关关工程、技技术问题题如下：3、TCRR补偿与与LC滤波波的原理理区别 1）电弧弧炉负荷荷三相不不平衡、 无功冲击是根本原因，要求进行动态、分相补偿，TCR是解决问题的必须手段。同时解决电弧炉负荷产生、存在的问题。 TCCR为动动态补偿偿装置，响响应时间间在200ms内内。 2）LC滤波波器以治治理谐波波为主，兼兼顾补偿偿系统无无功。目目前一般般应用场场合，不不具备动动态补偿偿功能。 电力力机车谐谐波治理理可采用用投切方方式（非非动态）。 3）采用用那种类类型的装装置，涉涉及到负负荷性质质、滤波波（ 或补偿偿）效果果、可行行性和工工程投资资等。 解决决问题是是类型选选择的原原则。TTCR设设计方法法略。21