谐波介绍和治理

1、2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye1您永远的值得信任的合作伙伴：您永远的值得信任的合作伙伴： 功率因数补偿功率因数补偿 电能质量电能质量 能源管理能源管理2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye2谐 波 谐波源 谐波影响 解决方案2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye3谐波定义谐波定义3rd 谐波5th 谐波7th 谐波11th 谐波2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye43rd 谐波5th 谐波7th 谐波11th 谐波 为基本波的整数倍为基本波的整数倍5th 谐波 = 5 * 50 Hz = 250 Hz 谐波 可以被量测且存在于绝

2、大部分中低压电力系统主回路中可以被量测且存在于绝大部分中低压电力系统主回路中谐波量是随时间不断变化的，因此具体分析它们非常困难谐波量是随时间不断变化的，因此具体分析它们非常困难 谐波是由非线性负载产生的谐波是由非线性负载产生的 整流器、 电弧炉、 电焊机, 应急电源、电视机, 电脑、 节能灯、 微波炉等等谐波源谐波源2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye5低压系统中的常见谐波电压畸变率常见谐波水平常见谐波水平2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye650 Hz基本波基本波5th 谐波为谐波为反向旋转反向旋转磁场方向磁场方向7th 谐波为谐波为同向旋转同向旋转磁场方向磁

3、场方向旋转磁场方向旋转磁场方向11th 谐波为谐波为反向旋转反向旋转磁场方向磁场方向谐波影响谐波影响2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye7反向旋转磁场的5th和11th谐波:导致感性负载中的铁芯产生涡流 增加电缆线的集肤效应过热问题过热问题: 变压器变压器 电机电机 电缆线电缆线谐波影响谐波影响24.02.09 FRAKO GmbH Erhard Auer8Example: 一座桥的共振震动一座桥的共振震动谐波谐波24.02.09 FRAKO GmbH Erhard Auer9共振共振时间从共振震动开始到桥倒塌:风速:谐波谐波42 mph1h 10min2013-05-22JM

4、C FRAKO Pan Ye10谐波谐波使变压器、电缆、熔断器过负荷使变压器、电缆、熔断器过负荷干扰和损坏负载和设备干扰和损坏负载和设备 数控机床 电子数据处理设备 整流器和变频器 变压器和异步电机(涡流) 熔断器和断路器 电容器在谐振回路中在谐振回路中将会急遽增大将会急遽增大，如果谐振频率非常，如果谐振频率非常接近主回路频率接近主回路频率 谐波影响谐波影响2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye11 M中压系统感抗值中压系统感抗值线路感抗值线路感抗值1. 变压器二次侧产生的谐波变压器二次侧产生的谐波:主回路阻抗和无功补偿系统形成主回路阻抗和无功补偿系统形成并联谐振并联谐振谐波电流

5、谐波电流并联谐振回路并联谐振回路: 在谐振点是高阻抗高电压损失在主回路阻抗上高谐波电流在变压器和电容器之间并联一个纯阻性负载吸收部分谐波电流并联一个纯阻性负载吸收部分谐波电流谐振回路谐振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye12 M中压回路感抗值中压回路感抗值线路感抗值线路感抗值2. 变压器一次侧产生的谐波变压器一次侧产生的谐波:谐波电流谐波电流感性主回路与纯电容回路组成了感性主回路与纯电容回路组成了一个串联谐振回路。一个串联谐振回路。串联谐振回路串联谐振回路:低阻抗低阻抗在谐振点高谐波电流在变压器和电容器之间高电压损失高电压损失在主回路阻抗上并联一个纯电阻性负载吸收部分谐波

6、电流并联一个纯电阻性负载吸收部分谐波电流谐振回路谐振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye13M 在变压器的低压侧在变压器的低压侧产生谐波产生谐波反馈到变压器高压侧形成反馈到变压器高压侧形成谐波电压谐波电压从而对变压器低压侧负载产生影响从而对变压器低压侧负载产生影响: 计算谐振频率的公式:fHzSQrkc 50Sk = 变压器的最小短路容量变压器的最小短路容量Qc = 电容器容量电容器容量变压器最小短路容量Sk 是固定的， 会由于中压侧的阻抗而有10%的降低， 可能会非常低如果变压器和电容补偿柜之间的电缆足够长的话线路感抗值线路感抗值中压系统感抗值中压系统感抗值3. 低压主回

7、路的谐波实际流向低压主回路的谐波实际流向:谐振回路谐振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye143rd5th7th11th13thHarmonics 谐振频率大小取决于串联电容器和电抗器的容抗和感抗，而系统电压畸变水平取决于谐振回路的共振点位置 1000 Hz低压系统中典型的谐振回路低压系统中典型的谐振回路谐振回路谐振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye15M 我们通过共振回路来解决我们通过共振回路来解决 中压系统感抗值中压系统感抗值线路感抗值线路感抗值共振点低于5th harmonic (250 Hz)畸变水平在畸变水平在5次谐波以及次谐波以及5次以上谐

8、波次以上谐波没有发生放大的情况没有发生放大的情况方案方案2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye16在共振回路中低于共振频率的部分在共振回路中低于共振频率的部分: 系统呈系统呈容性容性. 电容器和电抗器串联后= 电容器电容器容性容性感性感性在共振回路中高于共振频率的部分在共振回路中高于共振频率的部分: 系统呈系统呈感性感性. 电容器和电抗器串联后= 电抗器电抗器方案方案2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye17大多数的电容器和电抗器串联组合成大多数的电容器和电抗器串联组合成 调谐无功补偿系统调谐无功补偿系统方案方案fnom = 50 Hzfr = 共振频率(Hz)p

9、= 调谐因数fr = fnom *p1p = fnom fr( )22013-05-22JMC FRAKO Pan Ye18 电抗器与电容器配合的重要性电抗器与电容器配合的重要性电抗器的感性感性和电容器的容性容性必须正确匹配根据电抗系数和谐振频率fr = fnom *p1p = fnom fr( )2fnom = 50 Hzfr = Resonance frequency (Hz)p = Detuned factor2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye19方案方案无功补偿系统的目标:首要目标:改善系统功率因数cos通过调谐系数解决(p)5.67%; 7%; 14% 次要目标:避

10、免由于谐振而放大系统谐波水平5.67%; 7%; 14%第三目标:降低系统5次谐波电压水平因为: 在大多数电力系统中5次谐波是最主要的谐波. 与基波旋转磁场相比5次谐波产生反向旋转磁场，从而可能对系统安全运行会产生额外未知危险5.67%; 7%2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye20方案方案不同调谐系数的调谐补偿系统.吸收吸收5次谐波次谐波(250 Hz):p = 14 %p = 7 %p = 5.67 %fr = 134 Hzfr = 189 Hzfr = 210 Hz电抗率降低5次谐波电压水平10%多达30%多达 50%2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye2

11、1方案方案串联串联7%电抗器的调谐补偿系统的优势电抗器的调谐补偿系统的优势. 通常在允许范围内可以降低5次谐波水平. 更可控的吸收5次谐波. 更安全 不管在系统低压侧还是高压侧改变谐波情况. 使用寿命更长，更高可靠性. 更经济. 超过20年的行业应用经验.2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye22有有 源源 滤滤 波波 器器- 可滤除2到50次谐波- 非常快的反应速度- 单台容量从 50A 到 400A2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye233次谐波问题次谐波问题基波电压（50Hz）和三次谐波电压波形-1,5-1,0-0,50,00,51,01,503060901

12、20150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360Line L1Line L2Line L3电压 50 Hz电压 150 Hz (3次谐波)3次谐波:0 V 在三相之间，如果三相负载是平衡负载.只有当系统中三相不平衡时才会量测出在三相之间有3次谐波电压.只有相电压能被正确的量测出来.2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye24-1,5-1,0-0,50

13、,00,51,01,50306090120150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360Line L1Line L2Line L3电流 50 Hz电流 150 Hz (3次谐波)基波电流（50Hz）和三次谐波电流波形-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360结论:如果负载是三相对称的那么N线

14、中是没有基波电流的. 3次谐波电流的产生取决于系统中三相是对称的还是非对称负载.3次谐波问题次谐波问题2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye25中性线中性线(L1, L2和和L3) 横截面横截面电流电流中性线中性线横截面横截面电流电流在实际上中性线的线径只有L1, L2和L3的线径的一半.在中性线上的RMS电流总是比在L1,L2和L3上的高. 3次谐波导致的中性线电流次谐波导致的中性线电流中性线是过载的中性线是过载的!3次谐波问题次谐波问题2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye263次谐波问题的解决方案次谐波问题的解决方案馈电柜变压器分支电缆箱单相非线性设备很近较远

15、L1L2NL33次谐波电流我们要做什么? 我们在哪里做?2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye273次谐波问题的解决方案次谐波问题的解决方案馈电柜变压器分支电缆箱单相非线性设备很近较远L1L2NL33次谐波电流通过单相滤波补偿系统来消除3次谐波. 无源滤波器或者有源滤波器无源滤波器或者有源滤波器L1.L3 N2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye283次谐波的解决方案次谐波的解决方案馈电柜变压器分支电缆箱单相非线性设备很近较远L1L2NL33次谐波电流通过单相滤波补偿系统来消除3次谐波. 无源滤波器或者有源滤波器无源滤波器或者有源滤波器L1.L3 N2013-05-22JMC FRAKO