諧波濾波技術

主講人：張宗有西安森寶電力電子設備有限公司目錄1.諧波的概念1.1諧波的定義1.2諧波的表示1.3諧波的標準1.4諧波的危害1.5產生諧波的常用設備及諧波量估算2.諧波的原理2.1疊加原理計算諧波2.2系統阻抗對諧波分流的影響2.3現代整流機組的抑制諧波2.4單調諧濾波器2.5二階高通濾波器2.6C型高通濾波器2.7第三繞組濾波2.8與其他用戶公用母線的濾波器3.無功補償與濾波的關系3.1無源濾波兼具無功補償3.2失諧濾波器3.3調諧濾波器3.4調諧濾波器的分組投切4.有源濾波器4.1低壓有源濾波器4.2高壓有源濾波器5.濾波器的典型接線與布置5.1低壓濾波器5.210kV高壓濾波器5.335kV高壓濾波器5.4110kV高壓濾波器6.濾波器設計所需資料1.諧波的概念1.1諧波的定義

對于周期變化的非正弦波，可用傅立葉級數進行分解為：或：式中：n=1為基波頻率為大于1的整數倍基波頻率的分量稱為諧波1.2諧波的表示a)n次諧波電壓含有率：b)n次諧波電流含有率：c)電壓諧波總畸變率：d)電流諧波總畸變率：1.3諧波的標準電網標稱電壓kV電網總諧波畸變率0/0各次諧波電壓含有率，0/0奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8a)公用電網諧波電壓（相電壓）限值：b)諧波電流允許值注：220kV基準短路容量取2000MVAC)當電網公共連接點的最小短路容量不同于上表的基準容量時，按下式修正表中的諧波電流允許值：式中：—公共連接點的最小短路容量，MVA—基準短路容量，MVA—上表中的第h次諧波電流允許值，A—短路容量為SK1時的第h次諧波電流允許值。d)在共同連接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值（Ihi)按下式計算：式中：Si—第i個用戶的用電協議量，MVA

St—公共連接點的供電設備容量，MVAα—相位疊加系數，按下表取值，21.91.81.41.21.1α9,|>13|偶次1311753h1.4諧波的危害1.對供配電線路的危害（1）影響線路的穩定運行

（2）影響電網的質量2.對電力設備的危害（1）對電力電容器的危害（2）對電力變壓器的危害（3）對電力電纜的危害（4）對弱電系統設備的干擾（5）影響電力測量的準確性1.5產生諧波的常用設備及諧波量估算類型特征諧波6脈整流：5，7，11…=6k±112脈整流：11，13，23…=12k±148脈整流：47，49，95…=48k±12，3，4，5，6，7次諧波發生量估算I5=1/5I1I7=1/7I1I11=1/11I1I13=1/13I1Ih=1/hI1I2=1.5～3.2%I1I3=3.5～6%I1I4=0.7～1.1%I1I5=2.8～5%I1I6=0.5～0.6%I1I7=0.5～1.5%I12.濾波的原理2.1疊加原理計算諧波（a)工頻電源的作用（b)諧波電流的作用2.2系統阻抗對諧波分流的作用Is(h)=Ih×Zf(h)/（Zs(h)+Zf(h)）Is(h)—流入系統的h次諧波

Ih—諧波負載產生的h次諧波電流Zf(h)—h次頻率下的濾波器等效阻抗ZS(h)—h次頻率下系統阻抗2.3現代整流機組的抑制諧波a)2臺變壓器星三角變換移相30度組成12脈整流。I1(6)=ImSin(6ωt+0)I1(6)=ImSin6(ωt+30)=ImSin(6ωt+180)I1+I2=0

00300

公式列表接線原理圖b)4臺12脈機組移相7.5度組成48脈整流I1(12)=ImSin(12ωt+0)I2(12)=ImSin12(ωt+7.5)=ImSin(12ωt+90)I3(12)=ImSin12(ωt+15)=ImSin(12ωt+180)I4(12)=ImSin12(ωt+22.5)=ImSin(12ωt+270)I1+I2+I3+I4=000

7.5015022.50公式列表接線原理圖2.4單調諧濾波器全調諧時：發生并聯諧振的條件：并聯諧振舉例：一個100MVA的10kV系統，電容補償量為3000Kvar時，基波容抗為：KX為電抗率對5次濾波器，KX=4%，則：假如負荷產生2A的4次諧波，則在4次諧波頻率下濾波器的阻抗為：負數為容性200HZ下系統阻抗為：此時流入系統的4次諧波電流為：如果系統短路容量正好為128MVA，則：IS（4）∞放大3.57倍2.5二階高通濾波器電感并聯的等效阻抗：式中：a)不并電阻的頻率曲線b)并電阻后的頻率曲線2.6C型高通濾波器2.7第三繞組濾波器2.8與其他用戶共用母線的濾波器當某個用戶的電源進線側安裝濾波器時，如果同一個母線上還有其它濾波用戶（見下圖），則由于濾波器的調諧頻率下的阻抗遠低于系統阻抗造成母線上的所有諧波流入濾波器，此時在PCC點測得的諧波電流就有可能是其它諧波源流過來的，而不是該用戶流入系統的。此時判斷濾波器是否有效的依據應是母線上諧波電壓畸變率的下降而不能依據PCC點測得的諧波電流大小。

上圖中，當Zf(h)<<Xs(h)時，Ih1、Ih2、Ih3的大部分都流入濾波器，此時在PCC點測得的電流為Ih1+Ih2。3.無功補償與濾波的關系3.1無源濾波器兼具無功補償在供電壓下，由于濾波器的容抗遠大于感抗，即1/WC>>wL,而Qc=

Un×Un1/wC-wL

所以無源濾波器總是會輸出容性無功

濾波器兼具補償的原理3.2失諧濾波器

當諧波負荷產生的諧波電流不超標時，安裝的電容器可以采用失諧濾波器，此時電容器只要抑制諧波不放大即可，電容器只吸收少量的諧波。例如只產生5次及以上諧波的用戶，可以將濾波器的調諧頻率調至4.08次，這樣在5次及以上濾波器的阻抗呈感性且大于系統阻抗，所以吸收的諧波電流很少，而且不會在5次以及以上頻率下發生并聯諧振。3.3調諧濾波器

當諧波負荷產生的諧波電流超標時，安裝的電容器必須采用調諧濾波器，調諧濾波器就是在最大的幾個特征調諧頻率下必須使濾波器的阻抗遠小于系統阻抗，使這些諧波電流都流入濾波器。3.4調諧濾波器的分組投切特別是在低壓分組投切的情況下，分組自動投切往往是逐組試探往上投直至無功平衡才停止進一步投入，當投入第一組時，所有的濾波電流都將流入該組濾波器。如果單組濾波器容量不夠將會導致濾波器的燒毀。另外各組濾波器的阻抗不可能調整到完全一致，這也會產生諧波電流在個組間分流不均的現象。

因此，采用分組投切時，第一組的容量必須足以承受全部的濾波電流的流入，而且在無功過補時也不能切除。除非負荷已完全停止工作，在過補的情況下為了確保濾波效果，建議并聯電抗器僅補無功或采用有源濾波器。4.有源濾波器4.1低壓有源濾波器

有源電力濾波器（APF：ActivePowerFilter）采用并聯的方式，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變換技術，將與諧波和無功分量大小相等、方向相反的電流注入供配電系統中，實現濾除諧波、動態補償無功的功能。

低壓有源濾波原理圖特點：1．實時跟蹤、動態補償2．諧波無功同時補償3．DSP智能監控4．電流跟蹤控制4.2高壓有源濾波器

高壓有源濾波器是在已有的成熟的低壓有源濾波器技術通過隔離變壓器以及高壓電容器直接注入高壓母線實現的。

5.濾波器的典型接線及布置5.1低壓濾波器5.210kV高壓濾波器10kV一次接線圖5.335kV高壓濾波器5.4110kV高壓濾波器6.濾波器設計所需資料1.系統參考圖

(a)整流型負荷（含中頻爐）(b)電弧型負荷2、短路容量（如已有廠內進線的，可以不填總進線的）3.變壓器短路容量進線廠內母線最大（MVA)最小（MVA)名稱變比容量（kVA）臺數阻抗電壓（％）脈動數過負荷倍數主變整流變電弧變4、如果有兩臺及以上主變主變運行方式（打“√”）：□分列運行□并列運行5、有多臺整流變時單臺整流變的脈動數是（打“√”）：□6脈□12脈所有整流變組成的脈動數：

。6、濾波器安裝位置：□低壓□高壓7、濾波器接入電壓（kv）：

。負荷情況1.已安裝電容器情況接線系統電壓（kv）容量（kvar）組數電容器額定電壓（kv）電抗率（％）2、自然功率因數：

。3、總進線處平均電流：

。4、月電費單總