半导体电力变流器与电网互相干扰及其防护方法导则

GB10236—中GB10236—Guideforevaluationofinterferenceandcompatibilitytechnologybetweensemiconductorconvertorsandpowersupplysystem中民机械电子工业部1988-12-12批1990-01-01 内容与适用范本导则是GB3859在半导体变流器与电网相互干扰及其防护方法方面的补充。 标GB 变流GB SD 术扰动超过规定极限值后，对运行所产生的影响程度，一般可分为三种情况，即P脉波的变流器，其特征谐波次数为KP±1，其中K＝1、2、3……。h次谐波因数(h次正弦波形畸变率 hhn＝U2hUuU1

式 THDu——总电压谐波因数U1——基波电压的值h＝h＝nI2h

式 THDi——总电流谐波因数 值I1——基波电流 值，A变流器对电网的干扰与系统间可能发生并联谐振，从而放大谐波。关于并联谐振问题见本导则第7.4条。P57Ih＝I1L／(h－5／h)133式 I1L——网侧基波电流

I［a＋bIh＝ a＝式

；

b＝1②本图计算中假定直流平波电感Ld＝∞④dx为固有直流电压调整率的感抗分量。当直流电流的脉动分量增大时，网侧电流中的5次谐波可能比计算值增大20%～50%，其他次数的谐波将略有减小。15%h＝( h——h次谐波电流的相位移角 θ——变压器的移相角；I——基波的

注：在谐波次数较高时，相角计算的误差很大。一般说，13次以上谐波的相角计a.对于高压系统(6kV及以上)，当输配电线路较长时(例如：在40km、35kV以上的线；5km、6kV以上的电缆)，其电容值对谐波阻抗的影响不容忽视，计算时可用Ⅱ型2a所示为一典型的具有变流器负载的配电系统单线2bh次谐波等值电路。注入系统h次谐波电流Ish可用此简单电路来计算。Ish

Z＋ZZ fhI2＋I2＋I2＋2II h1式

I2＋I2＋I2＋I h1

产生的第h次谐波电流和第h次谐波等按电路理论计算系统中任一点的谐波电hhU＝Zsh I＝IhhZsh＋Z

sh

HD＝UhuUunhnh＝U2hUuU1

U )2＋1(hQ)21／ p｜Zhp

LN

式 Qs＝Xs／Rs，约为Qp＝Rp／Xs，约为S＝U2 s h——谐波次数； 1／ 1＋(Q·Q)2＋(hQ)2 HD＝｜Uh

Ih｜Zh

×

＝

＝R×(h－5／h)1 33 33

＝S1LS1L——变流器表观功率，VA低压系统使用的的电网换相变流器所引起的总电压谐波因数与脉冲数P及最小值Rsc值之间的关系如表2所示，计算中假定变压器阻抗采用Qs＝8，Qp＝100，且考虑有15%的非特征谐波(以六脉波变流器的理论计算值为100%)。数THDu(AE(AE(AE(AE(值%角度%角度角度角度9需的最小Rsc2Rsc2倍。

表3和表4分别给出了电网电压谐波因数极限值和用户注入电网的谐波电流允许值。 542643353211注：表中数据取自SD126容量Sk234567896353421容量Sk3635131而言的，当实际电网容量与表列电网容量不同时，允许注入的谐波电流值由式(15)计算：I＝Sc S Sc——电网的实际短路容量，MV·A36128—6推荐的最小Rsc值如表2所示。12时，要考虑对投资和维修带来的影响，应控制使用。36脉波数以上对减少谐波已无明显效果，不推荐变流系统产生的谐波电流超过电力部门规定或母线电压(总的或某一次的)谐波因数影响。谐滤波器的滤波对象是幅值较大的，如5、7、11、13次奇次谐波中的某一次 高通滤波器的主要对象是同时滤除幅值较小的几个高次谐波，如17、19、23、需要。有关内容参见第7.3条。 AE＝57.28／Rsc(百分值×电角度

或 AE＝(57.28／75)×100＝76.4(百分值×电角度则由该处的短路容量对表观功率之比Rsc决定，深度随Rsc的增大而减小。缺口深度：D＝AN(V)式 系统如图5所示：

若变流器没有臂电抗器，则A点处的线电压在换相时跌落到零，因而换相电100%B、C、D各点的缺口深度逐次减小，换相缺口深度与变流器直流电流Id值的大小无关。点%DCBA并联运行的变流器，在延迟角不同，且角较小的情况下，可按第4.2.2条的方但角较小，且不在同一延迟角下工作)和10台变流器在同一延迟角下工作这两种不同情况下公共母线B处的换相缺口深度。7点 EDCBA点 D%EDCBA交流母线接有变流器负载，当变流器由空载到满载(S1L，功率因数角 Xc cosarctg Sc——电网在计算点处的短路容量，MV·A；Xc／Rc——一般为4～108是最常见的数值。

cosarctg ／ ＝Scmin cosarctg ／ 求，见第5.3.2条的规定。减小电压波动的最有效办法是采用强大的电源(Rsc)。必要时还可采用补偿的方法控制总无功功率的变化。有关功率因数补偿的方法参见本导则第7.3条。 ∞(·Δ ∞(·ΔU2fΔU10式 αff—闪变频率为f时闪变电压的值，V

f5.3.2变流器的抗电网干扰10果所设计的变流器的抗扰等级高于电网存在的扰动等级(包括变流器本身接入后引起的扰动) FTD极限值参见本导则第5.3条。这三类变流器的适用场合为：变流器直接连接到一个公共变压器上，或者电网容量很小(即Rsc较小)的场合。BC级所规定的扰动极限的几率很小，但变流器故障带来和损失很大时，采用A级变流器是合适的；抗扰等级为B级的变流器，主要是适合在一般电网条件下工作的变流器，如GB3859所规定的电源条件下工作的变流器。B级变流器也可用于电网条件虽然严酷，但已采取了改善措施(如变压器、滤波器及补偿设备等)B级允许扰动的机率很小，能保证变流器所需的可利用率的较稳定，Rsc值较大的场合使用。另外，这类变流器也用于那些由“高质量”供电系统供电ABCF221F211T55扰动说ABCFTT扰动说ABCF551短时T853T551扰动说ABCF5F763F221F3TTT深度随触发角(α)1／内所有换相缺口面积总和不应超过表14所列数值的4倍。要有(如图8所示)：瞬态电压的上升时间tr(从10%到重复瞬态电压峰值与工作电压峰值之比ULRM／ULWM，(标么值)；e.非重复瞬态电压的持续时间tw(50%幅值处)，μs。W＝400StN(StN为变流变压器tr＝1μs；何抑制措施时，此值可高达10以上)；tw＝3～300μs变流器与电网的兼容性估计所选变流器的抗电网干扰极限值(表11、表12、表13及表14)。波动及不平衡度等不能满足要求时(5.3.2条)，或者采取抑制措施加以改善，或者重新选功率因数补偿与并联谐振(阀侧和网侧)cos来反映，最后一个因素可用畸变因数v来反映。其关系式为：λ＝vcosGB38592中查得。六脉波以上的变流器，畸变因数接近于1，因而计算总功率因数时，可只计算位移因数而无显著误差。虑。未考虑这一因素而引起的功率因数的计算误差，实际上不超过3%。

cosSS 式 Ud、Id——分别为直流输出电压和电流Udi——理想空载直cos式 UT0——阀的门槛电压 tg＝

如果不考虑电网短路阻抗对换相的影响(Rsc大时，这一影响可以忽略)。计算重e

×Id×

e。当网侧和阀侧设有附加电抗时，应取附加电抗与变压器的漏抗之和相对应的exN值；3859的表2直接查取。dx。额定直流电压下，延迟角为零时的位移因数cos短路Rsc－Sc／UdiIdN1011查出额定条件下，无相位控制时的位移cosN。额定直流电流下，延迟角不为零时的位移因数coscosαN＝cosα＋(1－cos对逆变运行超前角为β时的位移cosβN＝cosβ＋(1－cos非额定直流电流下的位移因数cos

dx代替额定直流dxN(dx＝dxNId／IdN)作为横坐标值1011Id下的位移因数cos按式(30)或式(31)计算相位控制角为α(或超前角为β)时，直流电流Id下的位移因数cos或cos。考虑变流变压器励磁电流的影响时的位移因数cos(sin(sin／I)＋cos22

＝

围内运行，例如＋10%～－5%(B级)或±10%(A级)。这意味着在正常供电电压时，变流器必须工作在某一延迟角αQc＝Qavg－Pavgtg2avg＝Pavg(tg1avg－tg ——未加补偿时的平均位移因数2avg——补偿后的平均位移

I＝X

平滑调节，以改变整个系统的补偿容量。如使Q1max－Qc，则补偿量可以从0到Qc之间连续14所示，晶闸管开关均在电容电压与电高时，饱和电抗器L吸收较多的无功电流，使母线电压下降，而当母线电压过低时，饱和构成电网中各次谐波滤波器。如图15所示。((

式 Ls——电网短路电感L——补偿或滤波电容器的串联电感，C——补偿或滤波电容，F

即Lsr＝Ls

Sc11

式 ω1——基波角频率Qc——补偿电容器容量 当整个系统在变流器产生的h次谐波频率上发生并联谐振时，对h次谐波电流源来说，其h次谐波阻抗与1／(Rs＋R)成正比。一般情况下，RsR均较h次谐波阻抗很大，使变流器母线上h次谐波电压大大增加，因而h次谐波的放大系数很大。载时，可用图17来确定谐振频率和谐波放大系数。图中：RSY＝Sc／QY＝SM／Qc，其中Qc为补偿电容器容量，Sc为系统短路容量，SM为交流电容量。由于交流电主要吸收有功功率，其等值电阻较大，因而考谐波放大系数实际应用的计算实例见附录DQcmin，作为一次近似，不考虑其他负载的影响，临界容量＞khh

2r

X h h式 XL——电抗器的基波电抗值Xc——电容器的基波容抗值，Ω，故测可采用如图19所示的测量系统。最常用的仪器是阴极射线示波器。当的打印记录设备，如，X—Y记录仪，波形记录仪等，可以大大提高测试效率。整个测试系统的连线应采用线。 U1I1＋U2I2＋U3式 I1、I2、I3——所测得的相电流，Acos之间差)的数据计算，也可以由图20的测量结果计算出来。＝s1 L＝s1U

ULN——峰值电压 按限制电压波动要求计算最小短路比Rsc及短路容量的计算实例(参考件S1Lmax＝UdiIdmax＝2MV·A，且其对应的最低功率因数cos＝0.072。为了使母线电压在变流器工作时的波动不超过8%，10kV母线的最小短路容量Scmin计算如下： Rcmin

cos(arctgXc－)cos＝0.027； ＝1／ΔUUScmin＞S1Lmax×12.5＝25MV·A 兼容性的估(参考件路容量，如表B1所示。C160μW电C28 变流器初步选型——变流器 C——变流器 B——变流器 A 电压波动计算 则同期系数为0.2，总有功功率为：cos＝U

S＝

＝640设：电机加速时，工作于2.0IdN下，且此时cos＝0.1，取Xc／Rc＝8 ＝2.0S＝

c

cos ΔU＝

－ 最大负载为350kV·A，功率因数为0.75，所以：LV2cos＝0.75 X Rcos －R取系统的Xc／Rc＝8，则 ΔU＝ Xc－×100%＝0.65 Q＝300×1－0.752＋350×31－0.252cos

X X R －R取c＝8，则 ΔU＝1.309 由于LV1母线上负载较稳定，并设250kVA负载及变流器C1的功率因数均为coscosX X Rcos －R则 ΔU＝0.3×0.75×100%所以： 已知条件列在表B2中。 容量即：S1LM＝3.303MV·A；cosXRc＝8；10kV X Rcos －R则 ΔU＝3.303×0.94×100%所以： 电压谐波因数计算

＝

uTHD＝231×1%u THD＝8.6×1.3%

＝14.2THD＝231×1%u THD＝14.2×4.88%

＝20.5THD＝231×21%u THD＝20.5×10.14% (只有LV3母线上THDu＝10.14%略大于规定值10%) 换相缺口参数计算 D＝1.1×100%

D＝