谐波滤波的技术讲座

1、谐波滤波技术谐波滤波技术 主讲人：徐明新主讲人：徐明新 北京赤那思电气技术有限公司北京赤那思电气技术有限公司目 录1. 谐波的概念谐波的概念1.1 谐波的定义1.2 电力系统谐波的起因1.3 谐波的表示1.4 谐波的标准1.5 谐波的危害2. 谐波的抑制谐波的抑制2.1 有源滤波装置2.2 无源滤波装置2.3 系统阻抗对谐波的分流作用2.4 单调谐滤波器2.5 二阶高通滤波器2.6 C型高通滤波器2.7 与其他用户共用母线的滤波器3. 无源滤波器设计注意的问无源滤波器设计注意的问题题3.1 滤波电容器额定电压校核条件3.2 滤波电容器额定电流校核条件3.3 调谐滤波器的分组投切4. 工程实例工

2、程实例4.1 工程概况4.2 设计方案4.3 装置运行情况4.4 结论1.谐波的概念1.1谐波的定义谐波的定义 供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。 下面是几个简单的波形叠加的图片：Sin(wt)+1/3sin(3wt):Sin(wt)+1/5sin(5wt):Sin(wt)+1/3sin(3wt)+ 1/5sin(5wt) :Sin(wt)+1/5sin(5wt)+ 1/7sin(7wt) :Sin(wt)+1/3sin(3wt)+ 1/5sin(

3、5wt)+ 1/7sin(7wt) :1.2电力系统中谐波的起因电力系统中谐波的起因 a)电源质量不高产生谐波 b)输配电系统产生谐波 c)用电设备产生谐波(晶闸管整流设备、变频装置、电弧炉、电石炉、气体放电类光源等） 1.3谐波的表示谐波的表示)(100001UUHRUnn)(10000122IITHDnnia) n次谐波电压含有率：b) n次谐波电流含有率：)(100001IIHRInnc) 电压谐波总畸变率：d) 电流谐波总畸变率：)(10000122UUTHDnnU1.4谐波的标准电网标称电压kV电网总谐波畸变率0/0各次谐波电压含有率，0/0奇次偶次0.385.04.02.06 4.

4、0 3.21.61035 3.0 2.41.2661102.01.60.8a)公用电网谐波电压（相电压）限值：b)谐波电流允许值注：220kV基准短路容量取2000MVAC)当电网公共连接点的最小短路容量不同于上表的基准容量时，按下式修正表 中的谐 波电流允许值：hpkkhISSI212KShpI式中：hI1KS公共连接点的最小短路容量，MVA基准短路容量，MVA上表中的第h次谐波电流允许值，A短路容量为SK1时的第h次谐波电流允许值。d)在共同连接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值（Ihi)按下式计算：/1)/(tihhiSSII式中：Si 第i个用户的用电协议量，MVA St 公共连接点

5、的供电设备容量，MVA 相位叠加系数，按下表取值，21.91.81.41.21.19,|13|偶次1311753h1.5谐波的危害谐波的危害1. 对供配电线路的危害 （1） 影响线路的稳定运行 （2） 影响电网的质量 2. 对电力设备的危害 （1）对电力电容器的危害 （2） 对电力变压器的危害 （3）对电力电缆的危害 （4） 对弱电系统设备的干扰 （5）影响电力测量的准确性2.滤波的抑制2.1 有源滤波装置有源滤波装置 a)基本原理： 有源电力滤波器的基本原理是利用检测单元对负荷产生的畸变量进行检测，然后由控制单元产生控制信号，对大功率电力电子器件进行控制，由电力电子器件逆变出一个与畸变量幅值

6、相等，相位相反的补偿量。畸变量和补偿量互相抵消，在系统侧的电压电流波形得到良好改善。 b)特点： 滤波效果好，不会产生谐波放大。 成本高，结构复杂。 维护难度大，能耗大。2.2 无源滤波装置无源滤波装置所谓无源滤波装置是由滤波电容器，电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联，除起到滤波作用之外，还兼顾无功补偿的需要。一般来说有单调谐滤波器，高通滤波器和双调谐滤波器等几种。特点：成本低，结构简单。 参数适当，滤波效果都能达到要求。 兼具备无功补偿功能，有节能效果。 数据不合理时，容易造成谐波的放大。 用在自然功率因数较高的场所，容易造成过补。 2.3系统阻抗对谐波分流的作用系统阻抗对谐

7、波分流的作用Is(h)=IhZf(h)/（Zs(h)+Zf(h)）Is(h)流入系统的h次谐波 Ih谐波负载产生的h次 谐波电流Zf(h)h次频率下的滤波器等效 阻抗ZS(h)h次频率下系统阻抗XsPCC点ZfIh3Ih2Ih12.4单调谐滤波器单调谐滤波器hhfChLhjRZ1001hhChLh0RZf全调谐时：hsSfIjhXRjhXI0hssIjhXRRI00shsjhXRRII00shhnXCnLn1hshCXLn1发生并联谐振的条件：并联谐振举例： 一个100MVA的10kV系统，电容补偿量为3000Kvar时，基波容抗为：XCKX1310272.3404. 013102CX1248

8、. 3)4104. 04(72.34)4(CXKX为电抗率对5次滤波器， KX=4%，则：假如负荷产生2A的4次谐波，则在4次谐波频率下滤波器的阻抗为：负数为容性200HZ下系统阻抗为：4100104)4(2SX此时流入系统的4次谐波电流为：AIS14. 71248. 341248. 32)4(如果系统短路容量正好为128MVA，则：1248. 3128104)4(2SXIS（4） 放大3.57倍2.5二阶高通滤波器二阶高通滤波器)(111)()(222LhKKjRKLhjRLhjRZLLhRK电感并联的等效阻抗：式中：a)不并电阻的频率曲线b)并电阻后的频率曲线2.6 C型高通滤波器型高通滤

9、波器2.7与其他用户共用母线的滤波器与其他用户共用母线的滤波器 当某个用户的电源进线侧安装滤波器时，如果同一个母线上还有其它滤波用户（见下图），则由于滤波器的调谐频率下的阻抗远低于系统阻抗造成母线上的所有谐波流入滤波器，此时在PCC点测得的谐波电流就有可能是其它谐波源流过来的，而不是该用户流入系统的。此时判断滤波器是否有效的依据应是母线上谐波电压畸变率的下降而不能依据PCC点测得的谐波电流大小。 上图中，当Zf(h)Xs(h)时，Ih1、 Ih2、 Ih3的大部分都流入滤波器，此时在PCC点测得的电流为Ih1+Ih2。XsPCC点ZfIh3Ih2Ih13. 无源滤波器设计注意的一些问题无源滤波

10、器设计注意的一些问题 3.1 滤波电容器额定电压校核的条件滤波电容器额定电压校核的条件 保证电容器的额定电压大于基波电压与保证电容器的额定电压大于基波电压与各次谐波电流在电容器上面产生的各次各次谐波电流在电容器上面产生的各次谐波电压的算术和。谐波电压的算术和。3.2 电容器额定电流校核的条件电容器额定电流校核的条件 电容器的额定电流必须大于谐波电流和电容器的额定电流必须大于谐波电流和基波电流的方均根值。基波电流的方均根值。3.3调谐滤波器的分组投切调谐滤波器的分组投切 特别是在低压分组投切的情况下，分组自动投切往往 是逐组试探往上投直至无功平衡才停止进一步投入，当投 入第一组时，所有的滤波电流

11、都将流入该组滤波器。如果 单组滤波器容量不够将会导致滤波器的烧毁。另外各组滤 波器的阻抗不可能调整到完全一致，这也会产生谐波电流 在个组间分流不均的现象。 因此，采用分组投切时，第一组的容量必须足以承 受全部的滤波电流的流入，而且在无功过补时也不能切 除。除非负荷已完全停止工作，在过补的情况下为了确 保滤波效果，建议并联电抗器仅补无功或采用有源滤波 器。4.工程实例工程实例4.1工程概况工程概况 某项目主进线为10kV，变压器容量为 1400KVA， 10kV/0.61kV，阻抗电压为4.8%，所带负荷为934KW的直流冷轧机。轧机的最大工作电流可达1800A，该轧机就是由六脉变流设备带动直流

12、电动机工作的。通过现场测试，发现现场的5、7次谐波电流超标，并且功率因数也很低，无功需求很大。4.2 设计方案设计方案 针对现场的测试情况，我们设置了5、7次共2个单调谐滤波支路。 阻抗频率特性曲线如下：系统谐波电流放大倍数曲线如下： 由上曲线可知，滤波支路对237HZ和329HZ的谐波发生了放大，但是二者均不在整数次上，也不是特征谐波，所以可忽略不计。4.3 装置运行情况装置运行情况4.4结论结论 通过滤波支路的运行，对比了装置投入前后系统 电流波形及谐波含量等参数的情况。结果表明， 该装置能有效冷轧机入口处电能质量，提高功率 因数，滤除谐波。赤那思的产品目标和社会责任：赤那思的产品目标和社会责任： 首先解决补偿、滤波装置的可靠性问题，首先解决补偿、滤波装置的可靠性问题， 并广泛的让社会和用户理解无功补偿装置并广泛的让社会和用户理解无功补偿装置 可以做到性能优良、运行稳定。可以做到性能优良、运行稳定。 赤那思人将竭尽全力不断更新技术和创新赤那思人将竭尽全力不断更新技术和创新 产品来服务社会，肩负起时代赋予我们的产品来服务社会，肩负起时代赋予我们的 责任，肩负起行业领跑者的责任！责任，肩负起行业领跑者的责任！赤那思的质量保证条款：赤那思的质量保证条款： 赤那思在行业中首先提出所有产品质保三年这样的承诺，是赤那思人“做最可