低压配电室电网谐波分析及治理.pdf

SSN1671-2900
采矿技术第7卷第2期
2007年6月
CN43-1347/"1D
Mining Technology, Vol 7, No. 2
Jun.2007
低压配电室电网谐波分析及治理
唐慧敢
(中国铝业广西分公司,广西百色市531400)
摘要:随着电カ电子技术的发展和广泛应用,供电系统中增加了大量的非线性负載,引
起了电网电流、电压波形的畸变,高次谐波显著増加,成为电网中的“公害”。结合实际对
低压配电室谐波电压、电流及分布进行了实测,提出了采用动态混合有源滤波器进行改造
的方案,并给出了具体的计算。
关锥词:电网;非线性负載;谐波;滤波器
随着电力电子技术的发展,供电系统中增加了合有源滤波器,它由有源滤波器和无源滤波器及自
大量的非线性负载,从低压小容量的家用电器到大动控制系统组成。
容量的工业变流装置的广泛应用,引起了电网电流、
(1)无源滤波器。无源滤波器组成主要由电容
电压波形的畸变,高次谐波显著增加,成为了电网中器、电抗器、电阻器申联而成。工作原理及特点:滤
的“公害”。这些非线性负载产生高频谐波有3次、波器并联在含有谐波的电网上,根据需要补偿无功
5次、7次、9次等更高次,而在这些高次诺波中,对功率和滤除谐波。该滤波器对基波频率补偿无功功
于工业用户,5次7次,11次、13次成为最大含量的率,对谐波呈现低阻抗,从而滤除各次谐波电流。它
谐波分布。如果供电系统长期处于这种运行状况,采用特殊设计的电容器、电抗器的参数和结构,滤波
将可能导致变压器过热故障,能量损耗增加,功率因效果显著,结构紧凑,操作方便,保护齐全。同时解
素降低;干扰电子设备(UPS、发电机、电容),造成电决电流谐波与元功补偿问题。
能和设备利用率不足,出现过流、过压、过热,绝缘老
(2)有源滤波器。有源滤波器组成主要由控制
化现象,最终导致整个电网处于一个不安全的运行器、ICBT组成的逆变器、电容器组成。工作原理
状态。
通过实时地检测负荷电流,并将所测量的诸波在高
性能的控制器中处理,输出负荷中谐波信号,用于控
低压配电室技术数据测量
制PWM(脉宽调制)的IGBT功率模块,并通过线路
汎试工具为FUKE43B型电能质量分析仪。电抗器注入反相位的谐波电流,精确地把谐波电流
测试对象为变压器(S10-M-100010型号,1000互相抵消。
kVA,10/0.4kV,DYnl1)。非线性负载共计6台,
(3)动态混合有源滤波器。动态有源滤波器性
功率为55kW。现场实测技术数据见表1。表1中能优越,但价格高,无源滤波器虽然存在一定缺点
的数据表明,谐波电流超过国家标准3倍以上。
但价格优势明显,两者有机结合,则会在技术、价格、
性能指标、工作效率等方面有明显的优势。无源滤
表1A、B、C相的主要数据
波器和有源滤波器容量比例,取决于负载的种类、补
参数
A相
B相
C相
电压(V)
229,8
偿的目的、负载谐波的特点。一般情况,混合滤波器
电流(A)
524
533
在采用了无源滤波器后,有源滤波器主要用来补偿
因数
功率因
无源滤波器没有补偿的其他次谐波电流,其中较大
诸波电压(THD%
2.9%
2.9%
3%
谐波电流(THD%)22.8%
23.2%
22.6%
的是3次谐波电流及少量的其它次诸波电流。无源
滤波器容量占整个滤波容量的70%~80%,有源港
2电网系统净化改造方案
波器容量占整个滤波容量的20%~30%。动态混
合有源滤波器采用并联有源滤波器与无源滤波器申
目前,国内先进的低压电网净化装置是动态混联的混合滤波器系统(见图1)。
唐悲敢:低压配电室电网谐波分析及治理
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电网
所以只以A相数据进行计算。即
非线性负载
电流电压
A相总电流:528Ax1.35=713A
信号信号?-c,主a
A相基波电流:514Ax1.35=694A
A相诺波电流:713Ax22.8%=163A
PQFA有
谢加
源滤液器
电
A相有功电流:694Ax0.80=555A
图1动态混合源滤漶波系統
A相无功电流:/6942-555=417A
变压器供出的总容量:
动态混合有源滤波中无源滤波器的多目标优化
3×229.5Vx713A=490kVA
设计的主要原则如下
负载的有功容量
(1)系统的L、C参数必须满足不产生串、并联
3×229.5Vx555A=382kW
谐振的要求
滤波器只补偿谐波的容量
(2)系统运行后,基波无功容量应满足系统无
3×229.5Vx163A=112kVA
功补偿的要求;
滤波器只补偿无功的容量:
3)系统运行后,电网的谐波含量应符合国家
3×229.5Vx417A=287kVar
标准(CB/T14549-93);
滤波器补偿总容量:
(4)考虑背景谐波,一般将各次谐波电流加大
1122+2872=308kVA
10%
考虑到变压器现在负载还不到额定负载的
(5)确定电网烦率的最大正负偏差量,选择合半,今后还有负荷扩展的可能。另外,经验的混合滤
适的调谐锐度(Q值)
(6)各次单调谐滤波器的Q值相等。
波器选型应为设计计算结果的1.25~1.35倍,并靠
对于无源电力滤波器参数的优化,单凭一巧持大一档为最佳容量选型方案,故此木设计拟选动态
标难以评价其设计质量的优劣,在实际的工程设计
混合滤波器补偿总容量为450kVA。
中应考虑多个指标。本改造方案中采用遗传算法对4效益分析
混合电力滤波器的L、C参数进行优化设计,全面的
考虑动态混合有源滤波器的谐波滤波、无功补偿、谐
(1)改善电能质量。电网净化装置能全面改善
振和成本等综合问题
电网质量,能滤除电网谐波,补偿无功,防止电网申
并联谐振,防止电压波动和闪变,提高设备运行的可
3动态混合有源漶波器容量计算
靠性,减少事故率,减少电器设维修费用和维修时
根据现场测试的无功功率因数及总谐波电流,间。
确定谐波滤波及尤功补偿的容量。由于变压器的负
2)降低电能损耗。由于补偿了谐波电流和无
载大小在突际负荷波动时总是变化的,三相负载的
功电涴,使变歴器和输电线路的电流减少,变压器和
输电线路的损耗减少,节能约10%。
谐波电流、诸波电压、功率因数也是变化的,测试记
录的数据只是一个瞬间数据,是一个典型值。考虑
(3)提高配供电能力。进行谐波补偿后,功率
到变压器所带负载中有部分负载在测试时没有投入
因数由0.8提高到0.95,谐波电流由22.8%下降到
运行,且负载变化时电流、功率有进一步增加的可
接近于零,使变压器的实际负荷大大下降,有更大的
供电富裕能力。
能,据此,在数据计算时考虑一定的负荷变化系数,
收稿日期:2007-03-13
以1.35倍数据进行计算。由于均为三相平衡负载,