谐波抑制设计技术.pptx

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1、1 谐波问题不是新问题，但又是新问题。第1页/共80页2我国早在1984年就发布了电子系统谐波管理暂行规定；随后又于1993年颁布了电能质量公用电网谐波标准；进入21世纪的2003年又颁布了公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传输兼容水平和工厂低频传导骚扰的兼容水平两个文件。与此同时，2003年和2004年又先后发布了单台设备16A和16A的谐波电流发射限值的规定。上述简况已能说明，谐波问题已不是什么新问题了，早已有章可循了。谐波问题不是新问题，是因为：谐波问题不是新问题，是因为：第2页/共80页3谐波问题又是新问题，是因为：谐波问题又是新问题，是因为：谐波是当代科技进步的“产物”，随着科学技术

2、的发展，非线性负荷用电设备的类型、数量和用电量的变化和更新换代是个不确定因素，这就需要去解决情况不断发生变化的新问题。非线性负荷用电量的年增长率远高于发电量年增长率，这是电网的谐波迅速恶化的根源，非线性负荷用电量的来势凶猛，这必然带来尚不能被认识的新问题。谐波源是电网谐波问题的根源。当前，重要的谐波源（非线性负荷用电设备）依次是电力整流器、逆变器、变频装置等换流装置占谐波源总数的66；家用电器占谐波源总数的23以及电弧炉等。这里可以看出换流装置和家用电器两大部分完全占据了核心位置。因此，在高新技术电力电子应用领域中，分析掌握新生的谐波源的特性及其运行状态，使得节能减排与谐波治理达到完美结合，这

3、也是迫切需要深入研究的新问题。第3页/共80页4 所以，研讨供配电系统中的谐波问题所以，研讨供配电系统中的谐波问题,就是一件很有意义的课题了。就是一件很有意义的课题了。供配电系统谐波抑制设计技术供配电系统谐波抑制设计技术 一、谐波允许值一、谐波允许值 二、谐波评估二、谐波评估 三、谐波抑制技术三、谐波抑制技术 第4页/共80页5一、一、谐波限值（允许值）谐波限值（允许值）电力电子装置在运行中必然产生各次谐波。根据现有的技术水平要求其在运行中不产生谐波是不现实的也是不可能的。既然谐波的存在是不可避免的，而谐波又是一种电磁骚扰，为使谐波骚扰造成的危害很少，能在工程中可以接受的水平，就必须将谐波限制

4、在一定范围 谐波限值或谐波允许值。第5页/共80页61.1.国内谐波限值规定国内谐波限值规定（1 1）公用电网谐波限值 第6页/共80页7 电网谐波电压限值电网谐波电压（相电压）限值（GB/T14549-93）电网标称电压（kV）电压总谐波畸变率THDu（%）各次谐波电压含有率HRUn（%）奇次 偶次 0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6 10 35 3.0 2.4 1.2 谐波电压含量 第7页/共80页8 注入公共连接点的谐波电流允许值注入公共连接点的谐波电流允许值（GB/T14549-93）标称电压(kV)基准短路容量(MVA)Sk2谐波次数(n)234567891

5、01112131415161718192021222324谐波电流允许值（A）Inp0.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.5610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.794.34.93.97.43.610100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.13525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.3

6、注：SK1时允许值：In=Inp（SK1/SK2）SK1公共连接点的最小短路容量（MVA）。第8页/共80页9（2 2）非公用和工厂的中压、低压 供电系统的长时谐波电压兼容水平和电压总谐波畸变率的允许值。第9页/共80页10非公用和工厂的中压、低压供电系统的长时谐波电压兼容水平 （IEC61000-2-4：2002）（GB/T18039.4-2003 idt IEC-1994）谐波次数谐波次数n谐波电压兼容水平谐波电压兼容水平(%)非公用和工厂供电系统非公用和工厂供电系统类类类类类类非非3倍奇倍奇次谐波次谐波536873571133.5513334.5谐波次数17n492242.2717/n-

7、0.272.2717/n-0.274.517/n-0.53倍奇次倍奇次谐波谐波335691.51.52.5150.30.42210.20.31.7521n450.20.21偶次偶次谐波谐波22234111.560.50.5180.50.5110n500.50.510.2510/n+0.250.2510/n+0.251第10页/共80页11电压总谐波畸变率电压总谐波畸变率（THDuTHDu）允许值允许值建筑物的电磁环境分类可分为三类。大型医疗中心、航空港、金融中心、电信枢纽、防灾中心以及冶金、化 工、造纸等重点谐波监控治理行业中的计算机、自动控制和保护设备，其公共连接点的谐波电压的兼容水平宜符合

8、类要求。特级、一级办公建筑、特级剧场、大型商场及一般工业环境的公共连接点和系统或装置内部连接点（IPCIPC）的谐波电压兼容水平宜符合类要求。一般办公建筑、公共建筑以及一般工业建筑环境中，连接有下列设备时，其系统或装置内部连接点的谐波电压兼容水平 宜符合类要求。大部分负荷经换流器供电；有焊接设备；频繁启动的大型电动机；快速变化的负荷。电磁环境类别电磁环境类别 类类 类类 类类 THDu 5 8 10 第11页/共80页12（3）低压电气设备谐波电流限值 单台设备每相输出的电流16A时各类低压电气设备的谐波电流发射限值设备类型设备类型A类类B类类C类类D类类 谐波电流限值谐波次数n最大允许谐波电

9、流(A)最大允许谐波电流(A)每瓦允许的最大谐波电流(mA/w)奇次32.303.45302.303.451.141.71101.141.970.771.1670.771.090.400.6050.400.50110.330.5030.330.35130.210.320.1515/n3.85/n15n390.1515/n0.2315/n偶次21.081.62240.430.6560.300.458n400.238/n0.358/n设备类型举例调光器、音频设备便携式工具25W气体放电灯、25W的照明设备电视接收机、个人计算机及其显示器注：电路功率因数，n n谐波次数第12页/共80页13 单台设

10、备每相输入电流16A，75A时 平衡三相设备谐波电流发射限值 （IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003.idt IEC-1998）短路比最小值短路比最小值Rsce各次谐波允许电流各次谐波允许电流In/I1（%）允许谐波电流畸变率允许谐波电流畸变率（%）I5I7I11I13THDPWHD3310.77.23.12132266149531625120191274222825031201273738350402515104846注：1212次及1212次以下的偶次谐波的相对值不应 1212次以上的偶次谐波如同奇次谐波，计入THDTHD和PWHDPWHD中考虑。不同于

11、表中的Rsce值相对应的各谐波电流限值允许用线性插入法求出。In第n次谐波电流，I1基波电流，PWHD部分加权谐波畸变率。一台设备或一套用户装置的短路比，计算公式（Sce短路容量；Sequ设备的额定视在功率）单相设备：RsceSce/3Sequ；三相设备：RsceSce/Sequ；第13页/共80页14 不平衡三相设备谐波电流发射限值短路比最短路比最小值小值Rsce各次谐波允许电流各次谐波允许电流 In/I1(%)允许谐波电流畸变率允许谐波电流畸变率（）（）I3I5I7I9I11I13THDPWHD3321.610.77.23.83.122323662413854326261202715106

12、5430302503520139864040350412415121084747注：12次及12次以下的偶次谐波的相对值不应 。12次以上的偶次谐波如同奇次谐波，计入THD和PWHD中考虑。不同于表中的Rsce值相对应的各谐波电流限值允许用线性插入法求出。In第n次谐波电流，I1基波电流。第14页/共80页15 单台设备每相输入电流单台设备每相输入电流75A时时 75A的平衡三相设备谐波电流发射限值（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003,idt IEC-1998）短路比最小值短路比最小值Rsce各次谐波允许电流各次谐波允许电流In/I1（%）允许谐波电流畸变

13、率允许谐波电流畸变率（%）I5I7I11I13THDPWHD66 14111081625120 16121181829175 2014128253325030181383539350402515104846450 50 35 20 15 58 51 60060 40 25 18 70 57 注：12次及12次以下的偶次谐波的相对值不应 12次以上的偶次谐波如同奇次谐波，计入THD和PWHD中考虑。不同于表中的Rsce值相对应的各谐波电流限值允许用线性插入法求出。In第n次谐波电流，II基波电流，PWHD 部分加权谐波畸变率。第15页/共80页162.2.国际电工委员会（国际电工委员会（IECI

14、EC）和国外谐波限值水平和国外谐波限值水平 第16页/共80页17（1）IEC6100022：2002环境公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传 输的兼容水平公用低压电网的谐波电压兼容水平非非3 3倍奇次谐波倍奇次谐波3 3倍奇次谐波倍奇次谐波偶次谐波偶次谐波谐波次数谐波次数n n谐波电压的谐波电压的兼容水平兼容水平（%）谐波次数谐波次数n n谐波电压谐波电压的兼容水平的兼容水平（%）谐波次数谐波次数n n谐波电压的谐波电压的兼容水平兼容水平（%）5635227591.541113.5150.460.5133210.380.5177n492.2717/n-0.2721n450.210n500.2

15、510/n+0.25总谐波畸变率为总谐波畸变率为8%8%第17页/共80页18 （2）美国IEEE std-519:1992 谐波限值水平（kVkV）各次谐波电压含有率（各次谐波电压含有率（%）电压总谐波畸变率（电压总谐波畸变率（%）2.42.469693 35 51151151611611.51.52.52.5短路电流短路电流/负荷电流负荷电流 20 20 252550 50 5050100 100 1001001000 1000 1000 1000 电流总需求畸变率电流总需求畸变率 (TDD)(TDD)5 5 8 8 1212 1515 2020 名名 称称 医院、机场医院、机场 一般系统

16、一般系统 逆变器负载逆变器负载 电压畸变率电压畸变率 3 3 5%5%10%10%第18页/共80页19（3 3）国外谐波限值水平范围可归纳为：低压（1kV1kV）:一般为5%5%，个别为4%4%，7%7%（国内为5 5）。中压（242477 kV77 kV）：一般为2%2%5%5%，个别为6%6%（国内为3 34 4）。目前，在世界范围内最具影响的电磁兼容（EMCEMC）标准有两类：国际电工委员会（IECIEC）和欧洲标准在欧洲、亚洲、澳洲和非 洲有较大影响力。美国电气与电子工程师学会（IEEEIEEE）和美国标准化协会（ANSIANSI）标准在美国有很大影响力。我国有关EMCEMC标准主要

17、依据的是IEC61000IEC61000系列标准。第19页/共80页20二谐波评估二谐波评估 谐波的出现将造成电流或电压波形的畸变,从而会降低电能质量，并且与供配电系统连接的非线性负荷引起谐波电流，通过系统阻抗，谐波电流产生谐波电压，又反向注入电源侧,进而引起供电电压畸变。北京电力部门已于20042004年在电能质量公用电网谐波工作管理办法中要求对谐波骚扰的危害进行全面评估，并应由有资质的单位完成。第20页/共80页211.1.谐波频谱特征谐波频谱特征 第21页/共80页22（1）谐波实测数据（举例）低压侧主进线回路谐波电流畸变率实测数据。写字楼的配电系统中，主要是3次、5次和7次谐波。电流畸

18、变率值某写字楼某写字楼8000100000馈出回路：空调、照明、插座、馈出回路：空调、照明、插座、电梯、机房电梯、机房馈出回路：空调一、二，馈出回路：空调一、二，UPS、电脑、电梯、照明、电脑、电梯、照明A相相B相相C相相A相相THDI15.30%16.20%17.20%11.80%THDI314.30%14.90%15.30%8.10%THDI52.70%4.10%5.50%7.90%THDI73.60%3.80%4.00%3.30%THDI91.10%1.80%2.00%0.30%THDI112.00%1.80%2.60%0.40%THDI131.30%1.20%1.40%0.30%第22

19、页/共80页23 整流设备不同的工作状态，不同的负荷率情况下的谐波实测数据。测试结果表明，在不同的负荷率情况下，整流设备的谐波电流畸变率也不同，负荷率越高，THDITHDI越低，同时整流设备的频谱特性很宽。电流畸变率电流畸变率值某移动通讯大楼某移动通讯大楼整流设备回路整流设备回路负荷率负荷率80.2%负荷率负荷率63%负荷率负荷率31.2%A相相B相相C相相THDI34.30%37.00%65.35%THDI32.80%2.69%3.94%THDI527.90%31.94%42.41%THDI711.70%13.44%18.40%THDI117.20%7.42%6.09%THDI136.60%

20、7.42%11.11%THDI174.10%4.19%6.81%THDI194.00%4.09%7.65%THDI235.90%7.74%25.57%THDI256.20%7.96%23.89%THDI354.00%4.95%8.96%THDI372.80%3.12%4.78%第23页/共80页24三相UPSUPS设备在不同的负荷率情况下的谐波实测数据。负荷 率越高，THUITHUI越低。同时UPSUPS设备主要是5 5次、7 7次谐波。UPSUPS设备谐波实测数据负荷率负荷率10%20%30%电流值（电流值（A）畸变率（畸变率（%）电流值（电流值（A）畸变率（畸变率（%）电流值（电流值（A）

21、畸变率（畸变率（%）THDI58.5%39%33.6%基波基波48.4100171.3100251.4100524.75063.43778.231.1710.922.411.56.69.53.8114.58.914.98.721.68.6133.77.66.22.5171.12.17.24.211.44.5191.32.74.62.75.22.1第24页/共80页25 变频器产生的谐波主要为5 5次、7 7次、1111次和1313次谐波电流畸变率在30303535左右。单台进口变频器谐波实测数据相序相序A 相相B 相相C 相相电流值（电流值（A）畸变率（畸变率（%）电流值（电流值（A）畸变率（

22、畸变率（%）电流值（电流值（A）畸变率（畸变率（%）THDI36.10%35.70%33.10%基波基波45.610045.510047.910031.63.61.94.11.22.5514.030.714.030.713.628.676.013.25.512.05.611.890.30.70.30.60.10.2113.88.43.98.53.77.7132.55.52.45.32.34.8171.74.72.24.82.04.3192.13.61.63.51.53.2231.23.11.23.11.32.8251.42.71.42.61.22.4第25页/共80页26 单相整流设备产生的谐

23、波主要为3 3次、7 7次和9 9次。单台整流设备谐波实测数据 彩色电视机的型号不同，虽然皆为2929规格，谐波电流值并不同。几种型号彩色电视机谐波电流值实测数据 谐波次数谐波次数n基波基波35791113L相相畸变率畸变率THDI47.7%45%1.7%6.1%2.6%1.4%1.8%电流值电流值505A227A8A31A13A7A9A电视机型号电视机型号长虹长虹康佳康佳嘉华嘉华索尼索尼飞利浦飞利浦熊猫熊猫2919PVT2988K929AF29B9PV29B9PV2918额定功率额定功率（W）215190180169115135基波电流有效值基波电流有效值（A）0.6050.5270.512

24、0.4330.4570.636谐波电流分谐波电流分量有效值量有效值（A）30.5450.4590.4280.3890.3950.57350.4470.3630.3050.3170.3130.47270.3180.2430.1620.2270.2100.345第26页/共80页27 高压钠灯的功率不同，谐波电流也有所差异。高压钠灯的谐波电流实测数据 高压钠灯有无并联电容器，谐波电流含有率也不相同。有无并联电容器的钠灯的谐波电流含有率（In/IIn/I1）类类 型型功率（功率（W W）基波电流基波电流（A A）谐波电流（谐波电流（A A）I1I3I5I7钠钠 灯灯701.41.451.61.70.

25、0250.030.0251101.491.540.190.20.0320.0350.030.042152.152.380.310.360.0350.0360.040.06类类 型型并联并联电容器电容器In/I1（）（）I3I5I7I9I11I13钠钠 灯灯无无81137130.51.50.31.50.23有有1823175916第27页/共80页28 高压钠灯产生的谐波主要为3 3次、5 5次和7 7次，谐波电流畸变率为1515左右。照明用高压钠灯实测数据（选用228228盏）相序相序A 相相B 相相C 相相电流值（电流值（A）畸变率（畸变率（%）电流值（电流值（A）畸变率（畸变率（%）电流值

26、（电流值（A）畸变率（畸变率（%）THDI13.8%14.4%14.3%基波基波162.2100179.4100163.3100320.412.624.213.52112.957.24.47.34.16.64.074.32.74.72.67.34.591.30.81.91.11.20.7112.51.62.21.22.01.2131.00.60.90.51.40.9第28页/共80页29 某政府办公楼照明回路电源总进线处实测数据类类 型型实测实测数据数据（传统电感镇流器）（传统电感镇流器）电子电子镇镇流器流器4层装节电器层装节电器3层层5层层18层层16层层节电器节电器电压输电压输出出12端子

27、端子节电器节电器电压输电压输入入节电器节电器电压输电压输入端入端电流电流节电器节电器电压输电压输出端出端电流电流荧光荧光灯灯T8THD3.0%13.7%7.5%19.3%2.02.19.88.7In/V39.65A31.49A53.9A18.33A205.6V222.5V32.25A27.73A第29页/共80页30测试时间：2007年11月20日下午 测试点位置：某建院办公楼变压器进线柜测试工具：FLUKE435型电能质量分析仪分析软件：Fluke View 3.20版测试安装接线：三相四线制接线示意图见右图：问题：1 1、院谐波污染严重吗？2 2、谐波污染以多少次为主？3 3、需要什么样的

28、解决方案？11 某设计楼谐波实测数据第30页/共80页31某建院办公楼谐波数据分析基本电气量数据有功功率电流电压视在功率无功功率功率因数第31页/共80页32C相电流电压波形某建院办公楼谐波数据分析电压波形电流波形第32页/共80页33C相电流谐波分析某建院办公楼谐波数据分析第33页/共80页34中性线电流波形某建院办公楼谐波数据分析第34页/共80页35中性线电流谐波分析某建院办公楼谐波数据分析第35页/共80页36（2）谐波的频谱特征 通过对电力系统和用电设备的谐波的实际测量，虽然尚待完善，但仍看可出：谐波畸变率值与负荷率高低有关。负荷率高，谐波畸变率值越小。谐波畸变率值与用电设备功率有关

29、。同类设备的功率不同，谐波畸变率值也不同。谐波畸变率值与用电设备型号规格有关。同类用电设备的型号不同，谐波畸变率也不同，即使规格相同的同类设备，谐波畸变率也有差异。谐波畸变率值与非线性负荷和非线性设备的特性有关。不同类型的谐波源，谐波畸变率值也不相同。其主要谐波频谱特征也有差异。第36页/共80页37一些设施或设备的主要谐波特征设设 备备 名名 称称主主 要要 谐谐 波（次）波（次）I3I5I7I11、I13电梯、自动扶梯、升降机电梯、自动扶梯、升降机变频变频/软启动器的制冷软启动器的制冷/热设备、空调设备、通风设备热设备、空调设备、通风设备荧光灯、金卤灯、调光器等非线性照明设备荧光灯、金卤灯

30、、调光器等非线性照明设备计算机、数据处理设备和网络通讯设备等计算机、数据处理设备和网络通讯设备等不间断电源（不间断电源（UPS）单相单相三相三相医疗设备医疗设备小型诊断治疗设备小型诊断治疗设备大型诊断治疗设备大型诊断治疗设备 注：表中注：表中 表示该次谐波成分的比例。表示该次谐波成分的比例。第37页/共80页38 谐波的实测数据也证明了谐波抑制的复杂性。原有的谐波污染经过治理，使得电磁环境得到改善，达到了谐波限值（允许值）的规定要求。但是由于科学技术的发展，需要对用电设备进行改造更新，或是系统运行方式、设备电功率、技术参数、实际运行设备台数等的调整，可能出现谐波频谱发生变化，因此，对重点谐波监

31、控治理单位，实时监测供电系统的谐波电压、电流以及单次谐波含有率等谐波畸变率参数并进行全面分析评估，以便有针对性地进行谐波治理，就显得非常必要了。第38页/共80页392.2.评估方法评估方法（1）评估的目的 将电网中的谐波电压限制在对所有设备不致造成有害影响 的水平，以保持供电系统的正常运行。（2）谐波限制目标值 供电系统一般采用各次谐波电压含有率3%，电压总谐波畸变率5%的允许值作为评估目标值。这主要是基于对交流电动机、电力电容器等在谐波作用下，等效发热和绝缘老化的研究，并考虑电子计算机等对电源波形的要求而确定的。（3）评估的简化方法第39页/共80页40 北京地区规定 符合下列条件之一时，

32、可不经谐波核算，允许直接接入中压电网。Pn0.1MVA Pn/Si15%式中：Pn 谐波源的额定容量之和（MVA）；Si 第i个用电单位的协议用电量（MVA）。当用电单位的谐波源仅为整流设备并符合下列规定时，可直接接入电 网。6/10kV中压用电单位，三相整流器容量不超过下表规定时；6/10kV电压等级允许整流器容量 接入系统的电压等级接入系统的电压等级（kVkV）三相整流器的容量（三相整流器的容量（kVAkVA）3 3 脉动脉动 6 6 脉动脉动 12 12 脉动脉动6/106/10353580 80 230 230 第40页/共80页410.22/0.38kV电压等级整流器的谐波电流限值谐

33、波谐波次数次数奇次奇次偶次偶次3579111315n392468n40最大谐波最大谐波电流（电流（A A）2.301.140.770.400.330.210.1515/n1.080.430.300.238/n 0.22/0.38kV低压用电单位，单相整流器容量不大于3.5kVA，三相整流器容量不大于10.5kVA，且不超过下表规定的谐波电流限值时；滤波器的装设判定 产生谐波的设备功率之和占全部设备总功率的比率超过15%时。全部设备实际低负荷运行时，产生谐波的运行设备功率之和与全部运行设备总功率的比率超 过15%时。单次谐波电压超过2%或总谐波电压超过3%时。滤波补偿用电力电容器和电抗器，应具有

34、能承受系统出现的最大过电流和过电压能力。投切装置应采 用专用接触器或加大投切接触器容量等措施。当非线性负荷容量占配电变压器容量的比例较大（如超过50%）设备的自然功率因数较高 时，宜在变压器低压配电母线侧集中装设有源电力滤波器。第41页/共80页42 IECIEC文件中建议对中压系统畸变负荷的谐波发射限值分三级处理，第一级是以用电单位协议容量（Si）与公共连接点的短路容量（Ssc）之比来判断。符合下列条件时允许直接接入中压电网。Si/Ssc 0.1%法国标准中的规定 在中压电网中可直接接入的谐波源负荷容量（P P）为：P 0.5 MVA P 1%SSC第42页/共80页43（4 4）配置电能质

35、量监测与控制系统 谐波问题的复杂性、多变性，使得在工程设计阶段不可能进行实际谐波测量，而难于取得供配电系统的实际谐波含量。而取得谐波畸变率等参数对保证系统正常运行又是非常需要的。重点谐波监控治理行业（谐波污染大户）在供配电系统设计中宜装设有可监测包含谐波畸变率的电力参数监控器。含有运算谐波数据、功能检测、功率因数、峰值系数、畸变功率、电压和电流谐波畸变率、单次谐波畸变率、谐间波，并可实时提供电流和电压的频谱分析。具有校正、统计检测、显示、通信等功能。第43页/共80页44注：1 1）监测回路配置的电力参数监控仪功能：2 2）电容器回路配置可通讯的功率因数控制器功能 遥测 遥测 电流、电压、功率

36、、电能、功率因数、频率、最大/最小等 电流、电压、功率、功率因数、谐波 谐波畸变率：THDTHDU U和THDTHDI I 柜内温度 遥信 遥信 断路器分合状态、故障状态等 投切步数、报警 各种越限报警 3 3）一般回路配置多回路监控单元 遥控 4 4）远程通讯功能和联网 远程合分断路器第44页/共80页45 为后续谐波治理提供条件在供配电系统运行后，可通过采集到的谐波畸变率等监测数据提请专业人员进行分析评估，从而可有针对性的策划谐波治理方案。谐波检测结果的感性评估。谐波畸变率（谐波畸变率（%）结结 果果 分分 析析THDUTHDI5 51010正常状态，无故障危险正常状态，无故障危险5 58

37、 810105050明显谐波污染，可能发生一些故障明显谐波污染，可能发生一些故障8 85050严重谐波污染，很可能发生故障严重谐波污染，很可能发生故障第45页/共80页46三、谐波抑制技术三、谐波抑制技术第46页/共80页47 建筑物供配电系统设计应该有效控制谐波源注入电网公共连接点 的谐波含量，降低对供配电系统的谐波危害。电力电子设备装置的开关特性强非线性，使其在运行时产生 大量的谐波骚扰 变压器、电动机等的损耗增加；断路器误动作；继电保护和自动装置不能正常工作；中性导体过热；载流导体的集肤效应加重；功率因数降低和电力电容器损坏；对通信系统干扰。第47页/共80页48 供配电系统的谐波抑制措

38、施的选择应该根据达标水平、措施效 果、经济性和技术成熟程度等因素，综合比较后确定。并掌握下 列原则 谐波源的谐波电流发射量限制与系统谐波治理相结合；谐波抑制与无功补偿相结合；有源滤波与无源滤波相结合；滤波装置集中装设与分散装设相结合。采取下列措施，有针对性的确定合理、有效、经济的谐波抑制设 计方案。电气系统的改进；在供配电系统中采用特殊的电气装置或设备；滤波；布线系统中屏蔽隔离技术的采用；选择合适的系统接地型式。第48页/共80页49（1 1）合理的选择供配电系统配置，优化供配电系统运行方式。将非线性负荷连接在靠近电源端（短路容量的降低，会造成谐波干扰的增加）。将非线性负荷应尽可能放在靠近上端

39、的位置（推荐方案）举例1.1.电气系统的改进电气系统的改进第49页/共80页50 将非线性负荷与敏感负荷分开，并由不同母线供电（尽可能减少互相干扰）。将非线性负荷归成组并尽可能放在靠近上端的位置（推荐方案）举例第50页/共80页51 建立隔离电源，采用隔离变压器是常用的抑制谐波骚扰的措施。可隔离来自电源的3n3n次谐波。可将负荷与外部电源分隔，并可阻挡外部电源的瞬变电压传导通路。通过隔离变压器为非线性负荷供电举例 第51页/共80页52隔离电源的应用UPS电源第52页/共80页53 配装电抗器。给变速传动装置供电时，安装线路电抗器使电流变得平稳，通过增加供电线路阻抗，谐波电流得到抑制。第53页

40、/共80页54（2 2）采用专用配电变压器供电方式或采用专线供电。有利于系统电能质量；便于集中对谐波进行治理；有利于减少对其它敏感设备的谐波骚扰。如：大容量的空调制冷（暖）系统宜采用专用配电变压器供电。电梯、UPSUPS装置、广播、扩声系统等宜由专线供电。第54页/共80页55（3 3）将不对称负荷（单相、两相负载）合理分配到各相或分散接到不 同的供电点上。负荷不平衡，将引起线损及线路电压损失增大。负荷较大的相线圈过热，磁路不平衡，会造成附加损耗。（4 4）当技术经济合理时，可将谐波源由增大的配电变压器供电。谐波畸变率超标而又未采取治理措施前，对变压器应采取降容使用。当供电负荷中5050为非线

41、性负荷时，变压器容量应降低约4545运行。降容是对谐波造成的电气设备的损耗增加并引起设备过载所需采取 的应对措施（电源电压畸变率超过1010时，变压器损耗约增加1010 1515，寿命减少约5 5）。第55页/共80页56 变压器的降容率除采用降容率曲线计算外，还可使用 降容系数计算法确定：式中：KK降容系数；nn谐波次数；I In nnn次谐波电流；I I1 1基波电流；HRnnHRnn次谐波电流含有率。第56页/共80页57第57页/共80页58变压器的降容率（5）谐波敏感的用电设备不宜布置在谐波源的近旁。第58页/共80页592.2.采用特殊的电气装置或设备采用特殊的电气装置或设备 （1

42、 1）一般应选用D,yn11D,yn11型接线组别的三相电力变压器，如SCBSCB系列电力 变压器。在条件允许时采用有利于抑制谐波作用的K K系数三相电力变压器。D,yn11D,yn11接线组别的变压器，虽有利于抑制谐波，但从降低谐波危害而言并不是理想的选择。在D D接线的绕组内虽为3n3n次谐波提供了通路，但仍以环 流存在，使铜损耗增大从而使变压器温升增加。K K系数变压器特点 中性线按200200相线定额；采用异型绕组导体截面以降低谐波引起的附加损耗。特殊设计的铁芯，以降低铁损。K K系数法是考虑了频率因数，它是用于计算干式变压器的非线性负荷造成谐波影响的最精确和可行的方法。（2 2）采用

43、“单位功率因数变流器”功率因数为1 1的变流设备。（3 3）优先选用符合谐波电流发射允许值的设备。第59页/共80页60(4)整流设备的脉动数的选择原则 功率在250kVA以下的小功率整流装置，采用0.22/0.38kV供电时，宜采用6脉动整流，容量特别小的装置可采用单相整流。功率大于250kVA、0.22/0.38kV供电的整流装置，宜采用12脉动整流。功率在1500kVA以下中等容量的整流装置，采用10kV供电时，宜采用12脉动整流。功率在1500kVA以上，采用10kV供电的整流装置，宜采用24脉动整流。第60页/共80页613.3.滤波滤波谐波滤波是谐波治理的有效装置。（1 1）谐波滤

44、波类型选择 交流滤波器主要有有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器。有源滤波器是电力电子是自动控制技术和高速计算机等最新技术的综合。通过逆变器产生一个与系统中各次谐波大小相等，相位相反的谐波电流注入电网中，以达消谐目的。有源滤波器用于谐波电流较大，谐波源的谐波频普较宽（如：大功率整流设备），谐波源的自然功率因数较高（如：变频调速、核磁共振机等）时谐波治理较为合适。无源滤波器是利用电容、电抗、电阻元件构成谐波电流的滤波器。在谐波频率下，为一低阻抗回路以吸收谐波，在基波频率下，提供无功电流以改善功率因数。无源滤波器用于谐波电流和无功负荷比较稳定，自然功率因数又较低，频谱特征明显，谐波较集中于连续的三种

45、或以下（如：3 3、5 5、7 7次）的系统中的谐波治理较为合适。混合型滤波器结合了无源滤波器和有源滤波器的优点。混合型滤波器 通常是将系统中谐波电流大的恒定部分由无源滤波器过滤，而其小谐波电流及波动部分由有源滤波器处理，以节约总体造价。第61页/共80页62 有源滤波器与无源滤波器比较 有源滤波器与无源滤波器相比，有源滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制电压闪变，补偿无功电流，性价比较为合理。名名 称称有有 源源 滤滤 波波 器器无无 源源 滤滤 波波 器器消除谐波能力消除谐波能力可滤除多次（可滤除多次（2 26060次）的谐波电流次）的谐波电流只能滤除特定的单次只

46、能滤除特定的单次谐波谐波系统阻抗变化系统阻抗变化影响影响不受影响不受影响潜藏谐波放大共振危潜藏谐波放大共振危险险频率变化影响频率变化影响不受影响不受影响谐振点偏移，滤波效谐振点偏移，滤波效果降低果降低负荷增加影响负荷增加影响无损坏危险，若谐波量大于补偿能力，仅发无损坏危险，若谐波量大于补偿能力，仅发生补偿效果不足而已。生补偿效果不足而已。可能过负荷而损坏可能过负荷而损坏体积体积小小大大第62页/共80页63 滤波器的技术指标 有源滤波器 谐波频谱滤除次数（不应少于5050次谐波）；功率因数校正（最高可达到1.01.0）；对负荷变化的瞬间响应，全响应时间（不大于10ms10ms）；不会发生过载危

47、险；有扩展能力（可并联工作）。无源滤波器 过载能力强；承载容量大。第63页/共80页64 治理方式治理方式 集中治理保护变压器的所有非线性设备；当非线性负荷容量与配电变压器容量的比例超过5050，分布区域较广且自然功率因数较高时，宜在变压器低压侧配电母线上集中装设。分散治理保护区域内少量的非线性设备；仅在一个区域内有较分散且容量较小的非线性负荷时，宜在分配电箱母线上装设。就地治理保护局部区域内的几台重要的非线性设备。仅有几台大容量的非线性设备，宜在每台谐波源处就地配装。第64页/共80页65第65页/共80页66 典型写字楼的配电系统中，非线性负荷分布较广且负荷容量不是很大，但又很分散，对谐波

48、源的就地补偿很难实现，因此，适宜采用集中治理或分散治理方式。第66页/共80页67设计图例-总补偿第67页/共80页68有源滤波器安装位置比较有源滤波器安装位置比较表滤波治滤波治理方式理方式优优 点点缺缺 点点应用建议应用建议集中集中治理治理经济；减轻发电机、变压器的负担。谐波仍存在下线的电路 中；必须增大电缆的截面。满足电网的要求；避免在电气系统的上线注入谐波。分散分散治理治理避免增大主低压开关柜和中间级开关柜之间的电缆截面；某些次数的谐波重组后可降低滤波器的容量。负载到滤波治理点之间仍存在谐波；输出到负载的电缆需要增大截面。大型建筑物；对有规律地分布在每层或几层建筑内的负载进行滤波治理；给

49、非线性负载集中供电的几个回路。局部治局部治理（就理（就地地治理）治理）在谐波源附近消除谐波；减少从负截到电源之间的电缆损耗。需要多台滤波器时投资较大。对功率较大且数量有限的非线性负载进行滤波治理。如大功率变频调速器、大功率UPS。第68页/共80页69 有源滤波器抑制谐波的实测效果（举例）有源电力滤波器运行前输出侧的电气考数 相相 序序U(V)I(A)P(kW)Q(kvar)S(kV.A)PFF(Hz)THDI(%)A相222.432.863.2326.5197.2290.43550.0536.93B相219.132.803.3476.3257.1340.46750.0537.26C相219.

50、133.383.2326.5657.3620.44150.0536.06基波：基波：A相相30.92Arms，B相相30.76Arms，C相相31.34Arms奇奇次次谐谐波波谐波次数谐波次数n13579111315171921A相含量（）含量（）1.9534.927.500.856.601.220.372.590.380.29电流（电流（A）30.920.6010.802.320.262.040.380.110.800.120.09B相含量（）含量（）2.9235.147.680.676.551.110.472.460.190.13电流（电流（A）30.760.9010.812.360.21