电力品质污染因素

電力品質污染因素電力諧波電壓閃爍三相不平衡電磁場電壓突波與電流突波電壓驟降與電壓昇與電力中斷2023/6/22較常發生污染的負載可歸類電弧爐:(a)交流電弧爐(b)直流電弧爐(c)精煉爐軋鋼馬達設備:(a)閘流體轉換器(b)DC馬達(c)AC變頻馬達高週波感應爐（HFinductionfurnaces）其他非線性負載(1)焊接機(2)打鐵錘和撞槌(3)整流設備(4)螢光燈設備(5)

變壓器激磁電流2023/6/22(1)電力諧波(Harmonics)1th,2th&4th2023/6/22間級諧波(61~119Hz)間級諧波(121~179Hz)間級諧波(181~239Hz)整數級諧波(2,3,4,5,7,…...級)次級級諧波(1~59Hz)偶數級諧波(2,4,6,8,10,…..級)奇數級諧波(3,5,7,9,11,.....級)三倍頻諧波(3,6,9,12,15,...級)2級(120Hz)60Hz61Hz3級(180Hz)頻率(Hz)2023/6/22特性諧波與非特性諧波之別6步脈衝--特性諧波為5,7,11,13,17,19,..6k1.

非特性諧波為2,3,4,---.12步脈衝--特性諧波為11,13,23,25,...12k1.

非特性諧波為2,3,4,5,7,17,19,..18步脈衝--特性諧波為17,19,35,37,...18k1.

非特性諧波為..5,7,11,13,23,25,..2023/6/22正、負、零序諧波之區別

n：1234…...N正序諧波：-4級7級10級3n+1負序諧波：2級5級8級11級3n-1零序諧波：3級6級9級12級3n

請問25級諧波為?序諧波

25/3=8餘1----正序諧波請問41級諧波為?序諧波41/3=13餘2----負序諧波2023/6/22諧波與電壓閃爍之區別諧波頻率分類之目的不同種類之負載產生不同之諧波頻率?不同之諧波頻率造成不同之事故?不同之諧波頻率採用不同之改善方法?2023/6/22D

接變壓器有抑制三倍頻諧波之作用IA3n=IB3n=IC3n=0Ia(h)=3,5,7,9,11,13,15,17,19,...單相整流器含有三倍頻諧波IA(h)=5,7,

11,13,

17,19,Ib3n6-pulseconverterabcDC24VIa3nIc3nGAI3n+++BCI3nI3n2023/6/22正序諧波(Positive-sequenceharmonics)：級數為(3n+1)之整數諧波，註:n=1,2,3,.....。負序諧(Negative-sequenceharmonics)：級數為(3n-1)之整數諧波。零序諧波(Zero-sequenceharmonics)：級數為(3n)之整數諧波。諧波相序諧波相序之推導(順時鐘正相序，逆時鐘負(逆)相序)Va1Vc1Vb1Va2Vb2Vc2Va3負相序(逆)Vc3Vb3零相序正相序(順)2023/6/22正、負、零序諧波之排列

n：1234…...N正序諧波：4級7級10級13級3n+1負序諧波：2級5級8級11級3n-1零序諧波：3級6級9級12級3n

請問25級諧波為?序諧波

25/3=8餘1----正序諧波請問41級諧波為?序諧波41/3=13餘2----負序諧波2023/6/22區分諧波相序之目的零序諧波電流可能造成地電位昇零序諧波電流可能造成電腦螢光幕扭曲零序諧波電流可能造成保護設備誤動作單相整流器含有零序諧波(三倍頻諧波)負序諧波電流可能造成三相不平衡問題相序諧波潮流分析(正、負、零序網路)其他2023/6/22諧波重點提示一、諧波是什麼(諧波之定義)?二、諧波之產生(諧波來源)?三、諧波之破壞(諧波之影響)?四、諧波之濾除(諧波之改善)?串聯共振與並聯共振?與共振理論諧波四大概論2023/6/22串聯共振諧波特性2023/6/22

BusK驅動點阻抗值

吸收臨近用戶諧波電流之簡圖

HARMONICSOURCEIhINDUCTIVELOADS220VBUSxft()TrCAPACITORBANKxfc2()INDUCTIVELOADS11.4kVBUS

LOADSUTILITYxfl()LINEIMPEDANCECAPACITORBANKxfc1()PLANTAPLANTB單一電容負載之簡單電力圖原系統

各級諧波大小頻譜HARMONICSRECORDINGInputchannels:3-phasevoltages3-phasecurrentsOutputrecorddata:

Harmonics,angles,

andpowers(upto

63orders),andTHD2023/6/222023/6/22諧波改善方法

採用高脈衝整流方式(如12-pulse或24-pulse或IGBT)裝置被動式濾波器(PassiveFilters)變壓器Y-△與Y-Y連接交互使用主動式濾波器(ActiveFilters)充電器充電器充電器I1I2I3TPC單相

110VBUS單相200VA單相200VA單相200VA單相整流器-電動機車充電器例2023/6/22三台充電器之電流時域波形2023/6/22單相整流器-電動機車充電器例機車充電器三台整流器200VA3I單相

110VBUS電壓檢出

電流檢出

2023/6/22D-DD-YFreq.5,7,11,13,..Freq.5,7,11,13,..12步脈衝之特性諧波IL1(t)tD-DIL1(t)D-YtIL2(t)IL2(t)IL(t)11,13,..IL(t)2023/6/22脈波數6步脈波12步脈波Y-D交流側電流波形6步脈波整流器基本架構IA12Y-Y

IA2IA1IA12D-D

IA2IA1D-Y或Y-Y

或D-DIA1IA2Y-D

或D-Y諧波級數與產生量IA1tIdcVdc+_3Idch=6k1h=6k1h=12k1k=1,2,3,..IA2tIA12t2023/6/222023/6/22單相充電器各級諧波電壓失真分佈圖2023/6/2282MVA33kV/650V20.52%15MVArCO-GENERATORS385MVAOTHERLOADS180MVA100MVA161kV/22kV10.5%M3UTILITY161kVBUS33kVBUS2thFILTER64.2mH(25%)33kVBUS3thFILTER40.56mH(16.5%)4thFILTER13.55mH(8.6%)9thFILTER4.62mH(1.68%)M4M2SHORTCIRCUITCAPACITY:5784~3280MVAPOWERFACTOR:0.98SYSTEMQUALITYFACTOR:30M110MVAr15MVAr8MVAr+-350V+-350V+-700V直流電弧爐6-Pulse6-Pulse12-Pulse2th3th4th9th2023/6/22-120012001336597

msec

A

57111317THD22.915.010.28.44.331.0035諧波級數%-120012001336597msec

A19.310.47.04.02.623.6035諧波級數%57111317

THD-30301733mseckV-25002500AVanIa1.10.61.61.40.02.5035257111317THD諧波級數%12-pulse整流器之諧波潮流實例-30301733mseckV-25002500AVanIa0.70.34.53.10.15.603557111317THD%16.4MW16MVAr-3030諧波級數kW&kVArPa(kW)Qa(kVAr)1113-30301733mseckV-500500AVan9th-10.9kW-2.5MVAr-30

30諧波級數kW&kVArPQ111333kVBUS#1REC.6-pulseM3#2REC.6-pulse9thFILTER

8MVAr2th,3th,4th濾波器(合計40MVAr)與其他負載12-pulseDC-EAF85噸..爐變容量82MVAM4M1M2M52023/6/2218步脈衝整流之特性32.8MVA22kV/230V7.82%#3RECTIFIER30.4MVAPF:0.81MOTORLOADS3MVA22kVBUS32.8MVA22kV/230V7.73%32.8MVA22kV/230V7.8%#1RECTIFIER30.4MVAPF:0.81#2RECTIFIER30.4MVAPF:0.81M42023/6/22三個6步脈衝之特性諧波2023/6/22三台整流變壓器與總電流諧波成份比較(A)2023/6/2218步脈衝之特性諧波2023/6/22TR2228100/125/150MVA161kV/33kV10.5%UTILITY33kV27.4MVAr33kV22.4MVAr5thFILTER6%5thFILTER6%SHORTCIRCUITCAPACITY:5784~3280MVAPOWERFACTOR:0.98SYSTEMQUALITYFACTOR:3033kVBUS57.39MVA33kV/387V7.73%#2RECTIFIER5805kVAPF:0.8157.39MVA33kV/387V7.73%#1RECTIFIER5805kVAPF:0.81CT:750/5CT:750/5測量點1測量點2測量點5CB40B11GIS,36kV1250A40kARE40Y11RF.NO.333kVBUS57.39MVA33kV/387V7.73%#4RECTIFIER5805kVAPF:0.8157.39MVA33kV/387V7.73%#3RECTIFIER5805kVAPF:0.81CT:750/5CT:750/5測量點3測量點4RE40Y11RF.NO.3測量點9測量點8CB40Y14GIS,36kV1250A40kACTCT&PT33kVBUS-B

BUS-A

BUS-C測量點7CB40Y13GIS,36kV1250A40kACT測量點6CB40B12GIS,36kV1250A40kACT&PTCT33kVBUS24-pulse

石化廠實例2023/6/2248-PULSECONVERTER(a)實測波形(b)模擬波形2023/6/22被動式濾波器設計步驟決定電容量大小(功率因數)連接方式對諧波特性之影響(Delta&Y)決定裝設點(置於高壓側或低壓側，電感器在上,電容器在下)決定加裝濾波器數目(串聯數與並聯數)選擇電感器(濾除諧波級數)決定電感器與電容器之額定電壓與電流GXC/3XC/3XC/3440VBUSXcXcXcXLXLXL440VBUSGXCXCXCXLXLXL連接方式2023/6/22主動式濾波器應用原理主動式濾波器饋線非線性負載只限基頻成份(60Hz)只限諧波成份(整數諧波)2023/6/22主動式濾波器應用原理+=非線性負載電流主動式濾波器產生電流乾淨基頻電流WaveformsHarmonics2023/6/22主動式濾波器之設計(1)改善對象(2)電壓等級(3)容量設計(4)功能比較(5)尺寸大小(6)價錢比較

2023/6/22主動式濾波器改善功能諧波改善虛功補償(非主要目的)電壓波動與電壓閃爍改善負序電流之濾除三相不平衡改善2023/6/22主動式濾波器電壓等級6.6kVPQFA(低壓)1kVSeriesCapacitorPQFB200~400V70~1600Aupto1.2MVAFUJIACT(低壓)TieTransformer200~440V144~2886Aupto2MVAABB富士電機2023/6/22主動式濾波器容量設計諧波補償容量(QH):(1)6-pulse整流器0.3(2)12-pulse整流器0.15(3)變壓變頻器(VVVFinverter)0.6基頻虛功補償(QF)總補償容量:QT=QH+QF2023/6/22台灣電力系統諧波背景測量2023/6/22都會區與工業區之諧波比較

2023/6/22台北變電所90與99年之諧波比較

2023/6/22IEEE/519-1992諧波電壓限制值2023/6/2211kV以上用戶電力諧波測量IEEE/519之標準為5%2023/6/22諧波測量結果檢討系統諧波電壓，不超過2.5%低於IEEE/519之5%標準值，主要成份以5級為主。十年後，諧波污染趨於緩和，可能進年來台灣工業有地域性均衡蓬勃發展，且不少工廠運轉於較優惠之離峰時段電價所致。用戶主要諧波問題在諧波放大。諧波事故集中於低壓側，而非台電端。69

kV以上用戶問卷調查

11

kV用戶問卷調查

11.4kV以上用戶諧波事故問卷調查表問卷調查結果檢討

諧波污染事故最嚴重之產業為鋼鐵業，其次為石化業、造紙業、水泥業、紡織業、食品業。諧波事故中最易受損之電力設備為電容器，其次為斷路器、整流設備、變壓器、比流器(CT)及電子設備。台電「電力諧波管制暫行標準」仍需加強推廣。新竹科學園區低壓側3級諧波電流13571113ITHD%C電子B電子A電子1267A214A67A28A11.5A227A1026A126A100A39A170A1616A83A36A27A25A1000100200300安培(A)諧波級數2023/6/22Q22kV208VNFBVIOOONNRST13%2.6kVA*3相0.8315mH*3相每相Irated:90A每相Vrated:28V每相10kVAr*2支:20kVAr每相550uF*2:1100uF每相Irated:90A每相Vrated:220V某電子220V系統3級諧波電流改善濾波器設計2023/6/22某電子諧波測量點示意圖龍松變電所(P/S)11.4kVBUSTR2161kV/11.4kV37.5MVA12%161kVBUSTR1161kV/11.4kV37.5MVA12%HT106SC300kVAr240V3j4W11.4kV/208V/120V1000kVA6%HT104SC300kVAr240VHT113HT111SC420kVAr525VHT107SC300kVA240V3j4W11.4kV/208V/120V1000kVA6%3j4W11.4kV/480V/277V1500kVA6%3j3W11.4kV/208V/120V5000kVA0.8%3j4W11.4kV/208V/120V1000kVA6%FEEDER-3LOADUPS375kVArHT204SC300kVAr240VHT206SC300kVAr240VHT207SC300kVAr240VHT111SC420kVAr525V11.4kVBUS3j4W11.4kV/208V/120V1000kVA6%3j4W11.4kV/208V/120V1000kVA6%3j4W11.4kV/208V/120V1000kVA6%3j4W11.4kV/208V/120V1500kVA6%BE906SC420kVAr525VOE905無SCOE904SC420kVAr525VBE903SC280kVAr525V4.16kVBUS3j4W4.16kV/480V/277V1500kVA6%3j4W4.16kV/480V/277V2000kVA6%3j4W4.16kV/480V/277V1500kVA6%3j