无功补偿与滤波功能.pdf

无功补偿与滤波功能电力系统一次系统结构图升压变压器降压变压器发电机输电线M电力用户无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率I=U/R U与I相差0。；电流与电压同相无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率I=U/R U与I相差+90。；电流滞后电压90。角无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率I=U/R U与I相差-90。；电流超前电压90。角。无功补偿与滤波功能视在功率:2=02+尸2 p=Scos/Q=S sin(p无功补偿与滤波功能功率因数：有功功率出力在设备容量中所占的比重。s2=q2+p2P=Scos(pQ=Ssin(p功率三角形节电:P S 或 cos。一 1.0Q-0无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率什么叫有功功率？从理论上说，就是在交流电路中，电源在一个周期内 发出瞬时功率的平均值（或负载电阻所消耗的功率）。以我 们最能理解的方式解释，有功功率就是保持用电设备正常 运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率什么叫无功功率？理论上讲，就是在具有电感或电容的电路中，在前半个周 期内，把电源能量变成磁场（或电场）能量贮存起来，然后，在另 半个周期释放，又把贮存的磁场（或电场）能量再返回给电 源，只是进行这种能量的交换，并没有真正消耗能量，我们把 这个交换过程中瞬时功率的最大值称为无功功率。也有将无功功率定义为在电气设备中建立和维持交变磁场 及感应磁通而需要的电功率。无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率产生无功的电源包括：1、同步发电机；2、同步调相器；3、大型同步电动机；4、并联 电容器；5、静止补偿器SVG；6、输电线路等。消耗无功的负荷包括：1、异步电动机；2、电抗器等负荷；3、变压器及输电线路的感性无功功率损耗无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率无功功率的作用：无功功率决不是无用功率，它的用处很大。没有无功功 率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会 吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同 时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应 求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那 么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端 电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率无功功率的副作用：(1)降低发电机有功功率的输出。(2)视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备 的供电能力。(3)电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能 损耗的增加。反作用：线路熔冰。(4)系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。无功补偿与滤波功能有功功率与无功功率U1L,，_U2R1、不是说无功功率不能大规模远距离传输，而是在大规模远距离传 输无功功率时。电流将在导线的电阻上消耗大量的有功功率.这是很 不经济的一种做法。2、同时，还会在导线上产生大量的压降等问题。总之就地补偿无功是 比较好的一种方式。3、输送有功功率，要求送电端与受电端有相位差。范围比较宽 电压相位差6 U=(PX-QR)/U 简化为AU2PX/U4、输送无功功率，要求送电端与受电端有幅值差。范围比较窄 电压幅值差AU=(PR+QX)/U 简化为AU之QX/U(IXcos2-IRsin)那么：AU=(IRcos2+IXsi“2)+j p其心】二5斯代入上式中得到：AU=亲*(PR+PXtgO2)+j U乙(PX-PRtg2)其中：Ptg02 二 Q；所以 AU=P？；QX+j PXQRU2U2无功补偿与滤波功能负荷自然功率因数：无功补偿前负荷的功率因数cos=P/S典型负荷功率因数表:负荷空载25%50%75%S44-油载配电变压器0.15以下0.670.730.750.76感应电动机0.2以下0.5-0.550.7-0.750.8-0.850.85-0.9电焊设备0.35-0.60锻压设备0.55-0.65工业电热0.5-0.85金属加工0.55-0.65铸钢铸铁（中 频炉）0.88-0.97家用电器 照明电器0.5-0.80.3-0.7提升、皮带0.5-0.75水泵风机0.70-0.80冷轧设备0.3-0.7无功补偿与滤波功能功率因数低的不良影响1、降低发电机的输出功率，当发电机需提高功率无功输出，低于额 定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。2、降低了变电、输电设施的供电能力。3、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值一平方成反 比），如电机、变压器、电力电缆等。4、功率因数愈低线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶 化。无功补偿与滤波功能无功补偿的意义和作用意义：由于发电机容量越来越大，发电机的额定功率因数也越来越高，这样，电网实际接受的无功功率就越来越少，单靠发电机发出的无功功率远不能满足 电网对无功功率的需要。所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功 率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。，就近提供负载所需的无功功率，避免负载与电源进行无功功率交换。作用：减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失；减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失；增加设备输电能力；提高系统的稳定性。无功补偿与滤波功能家相关政策节电措施各级电压的电力网和电力用户都要提高自然功率因数，并按无功分层 分区和就地平衡以及便于调整电压的原则，安装无功补偿设备和必要的调压装 置。电能质量与节电监察各级电力部门要对所管辖电网（包括输配电线路、变电站和用户）的电 压质量和无功电力、功率因数和补偿设备的运行进行监察、考核。各电力用户 都要向当地供电部门按期报送电压质量和无功补偿设备的安装容量和投入情 况，以及无功电力和功率因数等有关资料。电网和用户都要提高调压装置和无 功补偿设备的运行水平。无功补偿与滤波功能规定用户标准功率因数用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率 因数为0.90及以上，其他lOOkVA化W）及以上电力用户和大、中型电力排灌站 功率因数为0.85及以上，农业用电功率因数为0.80及以上。凡功率因数未达 到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电或加收力率调整费。（能源电 1988 18号，电力系统电压和无功电力管理条例）无功补偿与滤波功能无功的补偿原则：一、首先要考虑调压的要求，满足电网电压质量指标二、避免无功功率在电网内的长距离传输，减少电网的电压 损耗和功率损耗。三、无功功率补偿的原则是：做到无功功率分层、分区平衡，就是要做到哪里有无功负荷就在那里安装无功补偿装置。无功补偿与滤波功能无功补偿的计算:一、补偿前与补偿后负载容量不变的情况下。变压器容量为S,补偿前功率因素为cos 1，补偿后为cos92,有功PAQ=Q1-Q2=S1*tg91-S2村g2,无功补偿与滤波功能无功补偿的计算：二、补偿前与补偿后满负载容量的情况下。变压器容量为S,补偿前功率因素为cos欧1,补偿后为cos欧2,Q=Q1-Q2=S*sin 1-S*sin92,无功补偿与滤波功能无功补偿的计算：三、负载容量不变情况下的功效计算负载容量为S,补偿前功率因素为cos族1,补偿后为cos欧2,有功P补偿前：视在电流：IS1=-一V 3*U有功电流：I1二Is1*cos补偿后 Is2=视在电流：cosO2无功补偿与滤波功能无功补偿的计算：三、负载容量不变情况下的功效计算负载容量为S,补偿前功率因素为cos”1,补偿后为COS92,有功P视在电流,1 cos-1降低值：Ais 1-cos.）视在电流的降低:1、2、3、降低了线路的损耗提高了受电侧的电压值 电压的提高，反过来降低了有 功电流（负载容量固定为S）无功补偿与滤波功能无功补偿的计算：三、负载容量不变情况下的功效计算负载容量为S,补偿前功率因素为cos9 1，补偿后为cos92,无功Q有功P补偿后的_ A T U.生TT增容量：Ais*3*UCOS01增容比：=(1-)*100%cos02经济效率：1、电压的提高，提高了生产效率2、线损降低(5%)=3、变压器损耗降低(5%)=无功补偿与滤波功能无功补偿的计算：设有一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路 全长20km,输送有功功率30MW,无功功率40Mvar,下面分别计算 在功率因数cosf=0.6和0.9时线路的功率损耗和应补偿的无功功率。本题只计算导线电阻的功率损耗，不考虑其它因素。lx COSCP=0.6:有功P=30MW,无功Q=40Mvcir,视在功率S=50MVA,电流|二 S/U=50MVA/(110kVx3)=263A,功率损耗P=P.R=2632 X0.095x20 x3=394kWo2、在cos=0.9时，有功功率P=30MW,视在功率S=33.333MVA,无功功率Q=14.528Mvar,I=S/U=33.333MVA/(110kVx30)=175A,功率损耗 P=Rr=1752 X 0.095 X 20 X 3=175kWo 应补偿无功容量=40-14.528=25.472Mvor。补偿前后有功损耗相差219kWo由结果可知补偿无功功率25.472Mvor后每小时可降低线损 219kWho无功补偿与滤波功能无功补偿：无功补偿的传统原理：在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流之后电压九十度，纯电容负载中电流超前 电压九十度，也就是说纯电容中电流和纯电感中的电流相位 差为180度，可以互相抵消，即当电源向外供电时，感性负 荷向外释放的能量由容性负荷储存起来；当感性负载需要能 量时，再由容性负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负 荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷 输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达 到补偿的目的。无功补偿与滤波功能无功补偿的三种形式：一、集中补偿：集中补偿就是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母 线上或配电变压器低压母线上，这种补偿方式，安装简便，运 行可靠，利用率高，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又 无自动控制装置时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质 量变坏。季节性用电较强，空载运行较长又无人值守的配电变 压器不宜采用。无功补偿与滤波功能无功补偿的三种形式：二、分散补偿：分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所每 个分路的出线上，形成低压电网内部的多组分散补偿方式，它 能与工厂部分负荷的变动同时投切，适合负荷比较分散的补偿 场合，这种补偿方式效果较好，且补偿方式灵活，易于控制。无功补偿与滤波功能无功补偿的三种形式：三、个别补偿：个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把 电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一台开关 控制，同时投运或断开，俗称随机补偿。这种补偿方法的效果 最好，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补 偿，是农网中对异步电动机进行补偿的常用方法。无功补偿与滤波功能无功补偿的技术升级：按照投切方式与设备特点：一、第一代产品：电容的机械投切、（无源）特点：投、切电容二、第二代产品：电容的可控硅投切、（无源）特点：投、切电容不同点在于投切的方式不同三、第三代产品：DSVG电力电子、（有源）特点：没有电容的投、切无功补偿与滤波功能无功补偿的设备：一、设备形式分为：无源与有源二种二、无源设备分电容器与电抗器二种1、电容器并联电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。串联电容器可用于长线路补偿等 2、电抗器并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防空载长线路末端电压 升高。通过吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行 电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。三、有源无功补偿设备：现在主要指SVG无功补偿与滤波功能电容设备：一、电容器是最经济的设备。它的一次性投资和运行费用都比较 低，且安装调试简单。二、电容器的损耗低，效率高。现代电容器的损耗只有本身容量的 0.02%左右。调相机除了本身的损耗外，其附属设备还需用一定 的所用电，损耗2%30%,大大高于电容器。三、电容器是静止设备，运行维护简单，没有噪音。调相机为旋转 电机，运行维护很复杂。四、电容器的应用范围广，可以集中安装在中心变电站，也可以分 散安装在配电系统和厂矿用户。而调相机则只能固定安装在中心 变电站，应用有较大的局限。目前国内外电力系统中90%的无功 补偿设备是并联电容器。无功补偿与滤波功能电容设备注意事项：1、工作温度及环境温度电容器外壳的温度是在介质温度与环境温度之间，不得超过60。电容器的工作 环境温度一般要求在-20与40之间。2、工作电压与工作电流长期工频稳态过电压不得超过3倍额定电压，电流不得超过额定电流的L3倍。考虑谐波的影响，必要时串接限流电抗器。3、带电荷合闸将引起电容器短路，引起爆炸必须在断路器断开电容器并放电5min后进行4、装置的实际电容与其额定电容之差应在额定电容的010%范围内，各串联段 的最大与最小电容之比应不超过1.02。装置的任何两线路端子之间电容的最 大值与最小值之比应不超过1.03。5、安装电容器时，每台电容器的接线最好采用单独的软线与母线相连，不要采 用硬母线连接，以防止装配应力造成电容器套管损坏，破坏密封而引起漏 油。无功补偿与滤波功能无功补偿的技术升级：第一代产品：电容机械投切交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来 执行控制指令。合闸涌流5-15倍额定电流n r20-250倍额定电流无功补偿与滤波功能无功补偿的技术升级：第一代产品：电容机械投切分断电容接触器：具有防涌流装置，分断电容接触器采用吸合与分 断双向抑制涌流线路。工作原理：提前吸合、延时断开无功补偿与滤波功能无功补偿的技术升级:第二代产品：可控硅投切TSCKA无功补偿与滤波功能无功补偿的技术升级：第二代产品：可控硅投切优点：1、防止涌流，电压过零触发，电流过零切除。2、特别适用于电容器需要频繁投切的无功补偿场合。3、投切时间小于20ms,满足需要动态补偿的场合要求。4、可以方便地实现电容器三相共补与三相分补。可控硅投切缺点：1、晶闸管导通时有1V左右的压降，存在不可忽略的 能耗与发热问题。需要散热、降温处理。2、价格相对较贵，对于共补的情况，中间的晶闸管省 掉。3、可控硅对电压变化率(dv/dt)非常敏感。投切瞬间产生大量谐波。4、晶闸管受过流、过热、反向耐压的影响，容易损坏。12 J2 J2VS SA SA g7 T1 g7 T1 g7 TllOOKvar In=145A P=145*1*3=435W无功补偿与滤波功能无功补偿设备的技术升级:第二代产品：可控硅投切优点：晶闸管投切电容装置投切时刻示意图无功补偿与滤波功能第二代产品：复合开关1、复合开关是一种智能化开关器件。内有 MCU单元，2、彻底解决了接触器投切涌流大、触点易烧 结和晶闸管无触点、开关能耗大，发热大、产 生谐波的问题。3、保证过零投切、无涌流、触点不烧结、能 耗小，不发热、不产生谐波污染4、实现了电容器组的平滑投切，延长使用寿 命，提高电能质量5、同时开关设计具有缺相保护、失压保护、空载保护与自诊断故障保护等功能无功补偿与滤波功能第二代产品：复合开关的缺点：1、反向耐压一般也只能达到1600V左右，这就限制了它的应用范围2、由于采用了可控硅等电子元器件其结构复杂成本上升，与交流接触 器在价格上难以相比3、复合开关的过零是由电压过零型光耦检测控制的，从微观上看它并 不是真正意义上的过零投切，而是在触发电压低于16V40V时（相当 于25电度）导通，因而仍有一点涌流。4、复合开关技术既使用可控硅又使用继电器，于是结构就变得相当复 杂，并且由于可控硅对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。无功补偿与滤波功能第二代产品：选相开关（又称同步开关）1、它使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断2、不仅可担当无功补偿装置中的电容器投切开关，还可担当任何需要 同步操作负荷设备的投切开关（如高压同步开关，或高压选相开关）。3、成功地将投入、切除时瞬间涌流控制在3倍额定运行电流以内。4、还将选相精度从原来复合开关的25电度角提高至M3电度角，真 正意义的做到了无涌流，实现了理想的过零投切。5、为了更进一步抑制电容器投切开关开断时的暂态过电压，选相开关 增设了有效的放电回路，将过电压限定在安全区内，使其能安全可靠的 适用于频繁投切。无功补偿与滤波功能补偿电容分组方式：在很多应用场合，除了就地补偿的大电机外，大量分散的感性负载需要在 配电室进行集中补偿。由于补偿的容量是随时间变化的，为不出现过补或 欠补偿的情况，需要将电容分成若干组，采用自动投切的方式运行。分组方式：1、等容量制：把所需补偿的电容平均分为若干份2.1：2：4：8制：每单元电容器值按大小倍增设置，可获得15级补偿值3、二进制：采用N-1个电容为C,一个为C/2,可获得2N级补偿值无功补偿与滤波功能补偿电容投切方式：由于动态无功补偿需要频繁投切电容器，考虑电容器的寿命与质量，需要考虑补偿电容的投切方式。投切模式：1、循环投切模式：即把各组电容器按组号排成一个环行队列，按序号依次投入电容。切除 时，则从已投入的电容队列的尾部切除。各组电容使用的几率均匀。可有 效减少电容组的故障率。2、温度计式投切模式：即将各组电容器按组号排成一个直线队列，投入或切除电容器使已投入的 电容队列在直线中升高或下降。类似与温度计。常用于变容量分组。无功补偿与滤波功能补偿电容控制方式AVC:通用的控制方式：无功、时间、电压。控制的方式有：电压投切、电压+无功 无功投切、时间投切、电压时间投切 等等。经典九区图控制：电压+无功传统的方法是按电压上、下限（U+、u-）,无功总负荷（QL-QC）上、下限（Q+、Q-）将运行区域划分为九个 区,如图所示,根据九区进行控制如下:U A6 7U+-5 0U-4 3Q-Q+812Q无功补偿与滤波功能补偿电容控制方式AVC:Q-Q+Q6785014320区:电压、无功均合格，不控制；1区：电压合格，无功越上限，发投电容 器组指令；2区：电压越下限，无功越上限，先发投 电容指令，再发升压指令；3区：电压越下限,无功补偿合适，发升 压指令；4区：电压越下限，无功越下限，先发升 压指令，再发切电容指令；5区：电压合格，无功越下限，发切电容 的指令；6区：电压越卫限洸功越下限,先发切 电容的指令，再发降压指令；7区：电压越上限,无功补偿合适，发降 压指令；8区：电压越上限，无功越上限，先发降 压指令，再发投电容器组指令无功补偿与滤波功能第三代产品：SVGSVG新一代静止无功发生装置SVG,是无功补偿领域最新技术 应用的代表。彻底挨弃了电容器部件。SVG并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，通过调节 逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧 电流的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实 现快速动态调节无功的目的。当采用直接电流控制时，直接对交流侧电流进行控制，不仅可 以跟踪补偿冲击型负载的冲击电流，而且可以对谐波电流也进 行跟踪补偿。无功补偿与滤波功能第三代产品：SVG1、具备抗谐波功能，更保障系统安全。SVG是可控电流源，只补偿基 波无功电流，系统谐波电流不会造成补偿设备损坏，使其寿命延长、维 护工作量少。同时避免串电抗的电容器组可能造成的谐波放大，防止系 统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏；2、动态连续平滑补偿，更高速的响应速度使对电压闪变的补偿效果更 好。SVG可跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可 吸收无功，彻底杜绝了无功倒送的情况；3、能够解决负荷的不平衡问题；4、不仅不产生谐波，而且能在补偿无功功率的同时动态补偿谐波；5.电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，传统SVC含阻抗型特 性，输出电流随母线电压线性降低。无功补偿与滤波功能无功补偿与滤波功能无功补偿与滤波功能第三代产品：SVG负:载图3 链式H桥主电路结构无功补偿与滤波功能无功补偿与滤波功能第三代产品：SVG6/(0)Xalri i i iao1ii i1力a2rH-1i1Xa3a?r1 J_.11 1ii_J_iiA11-111_:1t1Da411l111a5a7111-111_;_1111a611 11 11Da611ZZL111a511 1_1-J 157r-1-1 111a11 1_1_1 1Da8rH-1 111a3I 1_-1 _1 59i:I!a2a11_1 f_1TalOI-J 1i!11-1,Oa】90270_1 3Oso1 8027036O谐波治理一、谐波概述二、谐波的危害 三、谐波的分析四、谐波的治理谐波治理一、谐波概述：1、谐波定义谐波简单地说，就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时，会产生不 同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。线性负载，例如纯电阻负载，其工作电流的波形与输入电压的正弦波形 完全相同，非线性负载，例如斩波直流负载，其工作电流是非正弦波 形。传统的线性负载的电流/电压只含有基波(50Hz),没有或只有极小的 谐波成分，而非线性负载会在电力系统中产生可观的谐波。谐波与电力系统中基波叠加，造成波形的畸变，畸变的程度取决于谐波 电流的频率和幅值。非线性负载产生陡峭的脉冲型电流，而不是平滑的 正弦波电流，这种脉冲中的谐波电流引起电网电压畸变，形成谐波分 量，进而导致与电网相联的其它负载产生更多的谐波电流。无功补偿与滤波功能1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20谐波治理一、谐波概述：2、谐波的产生电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出 的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两 大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮 发电机。除电源本身之外，谐波会由非线性负载所引起。在电路中非线性负载被 激励，产生各种各样的谐波，并且相互作用，延伸到整个电路中。例如 在含有打印机、电动机、整流器等电路中，谐波表现得异常活跃。即使 它们各自存在于不同的电路中，仍会相互叠加，产生危害。谐波治理一、谐波概述：3、谐波的产生影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类：1、电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。2、交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。3、交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。4、开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。谐波治理一、谐波概述：4、谐波的产生1、电弧加热设备：是由于电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流,并且灭弧电压略低于起弧电压，造成弧电流与弧电压的非线性。止匕外，弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波，造成 电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18次以下的低次谐波 污染。2、交流整流的直流用电设备：交流整流直流用电设备的谐波产生 的原因是由于整流设备有一个阀电压，在小于阀电压时，电流为零。这 类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中应用了可控硅，这 使得该类设备的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较低。谐波治理一、谐波概述：5、谐波的产生3、交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。交流整流再 逆变用电设备，在交流变直流过程中产生的谐波与上述的交流整流直流 用电设备一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，这类设备产生的谐波分量不仅有低次谐波，也有高次谐波。4、开关电源设备：开关电源设备目前应用很广，它的工作原理是 先把交流整流成直流，通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供给用电设备。止匕外，开关电源的频 率比较高一般在40kHz左右，不仅在整流时产生谐波，而且在开关管开闭 时，反射40kHz左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大，但 它是应用面最广、量最大的非线性用电设备，它还有一定量的三次谐 波，造成配变的中心线电流居高不下，而且三次谐波还会通过配变污染 到10kV电网。谐波治理二、谐波的危害：1、由于涡流和集肤效应，谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备（旋 转电机、电容器、变压器）发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命。加速线路老化、电缆过热，大大降低输送容量、加速绝缘老化。2、电网中存在的谐波将同时降低供用电效率。3、增加变压器损耗，降低变压器额定容量，缩短变压器使用寿命。4、大大增加了系统谐振的可能。谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并 联谐振或串联谐振。使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成很高的过电 压与过电流，引起电容器、与之相连的电抗器和电阻器的损坏。5、使电容器过载发热、加速电容器老化，甚至击穿。6、对于电动机运行时，产生震动与噪音，缩短电动机寿命。谐波治理二、谐波的危害：7、谐波会引起一些保护设备误动作或拒动，如继电保护，熔断器等。8、谐波会导致电气测量仪表计量不准确、产生误差。9、损坏电网中敏感设备（智能化的精密仪器）、损耗家用电器设备。10、使电网中的设备产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的 使用效率，增加电网线损。在三相四线制系统中，零线由于流过大 量的3次及其倍数次谐波电流造成零线过热，甚至引发火灾。11、谐波通过电磁感应和传导耦合等方式对邻近的电子设备和通信系统 产生干扰，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏 通信设备。12、谐波污染等级过高，得不到入网批准。无功补偿与滤波功能1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20谐波治理三、谐波的分析：任何满足狄里赫利条件的周期函数八外可展开成傅里叶级数f(t)=f(t+kT)式中为周期，左二0、1、2、3(徐j正整数)狄里赫利条件:(1)函数在一周期内极大值与极小值为有限个。(2)函数在一周期内间断点为有限个。(3)在一周期内函数绝对值积分为有限值。即1|/)|由 8谐波治理三、谐波的分析：周期函数傅里叶级数展开式为：f(t)=/+(%cos。(+4 sin。()+Q cos20/+b2 sin20%)H00 00“)_2万、E、一)an cos nQt+几 sin nQt Tn=l n=l1 p工其中：aQ=力直流分量，平均值T J2n=1,2,3,谐波治理三、谐波的分析：周期函数傅里叶级数展开式为：2 C2an=t f(t)cos nCltdt n=1,2，T是n的偶函数 an=a-n/(Osin nCltdt=L 2,是n的奇函数bn=b-n谐波治理三、谐波的分析:由于电压、电流 f(t)cosnOi波形为原点对称J J 八,j(t)sinnQzan为奇函数;为偶函数;2四=J；于 cos nQtdt =1,2,T2Tf(t)sinnCltdt =1,2,bn=-fl rj-i24 rian=0,2=一 J。f(t)sinnCltdt谐波治理三、谐波的分析:4产由于：为=0,J2 f(t)sinnCltdtT 2nbn/(Osin nCltdt.为奇数o I w0,几为偶数从以上分析中，可以知道，电压、电流的傅里叶中只包含奇次函数。这也是为什么我们只讨论奇次谐波的原因所在。谐波治理三、谐波的分析:可以简单通过对半波进行积分。偶次谐波的值为0。所以电 压、电流的傅里叶中只包含奇次函数。谐波治理四、谐波的治理：目前谐波治理的基本方法有下面三种：（在治理过程中又可以采用变电所集中治理和非线性用电设备处分散治 理两种方法。按谁污染谁治理的原则，应该在非线性用电设备处分散治 理。但对于电脑，彩电，节能灯等民用设备，则只能进行集中治理。）1、主动治理：减少非线性用电设备与电源间的电气距离。也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压等级。使非线性负荷的电气距离大大下 降，使之产生的谐波对电网的危害性下降，这种方法投资是最大 的，往往需要和电网发展规划相协调。谐波治理四、谐波的治理：2、受端治理:谐波的隔离。非线性用电设备产生的谐波，它不仅直接影响到本级电网，而且经 过变压器后，还会影响到上几级电网。如何把这些非线性用电设备产 生的谐波不影响或少影响其他几级电网，这也是谐波治理的一个基本 方法。这一方法在电网中广泛采用，发电机发出的电能经过Y/Zk、Yo/A.Yo/Y等接线组别的变压器，把发电机产生的三次、九次等零序 分量的谐波与上级电网隔离开来，因此在nokv以上高压电网上，三、九次谐波分量很小，几乎是零。而10kV由于大多数配变为Y/Y0接 线，35kV也有少量Y/Y0接线的直配变，因此在10kV和35kV系统中三、九次谐波分量会比高压电网大。为了减少低压对10kV电网的影响，现 在10kV配电系统中推广使用了D/ynll接线组别的配电变压器，有效的 减少了三、九次谐波的影响。谐波治理四、谐波的治理：3、被动治理:安装滤波器目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法，多采用安装滤波器来减少 谐波分量。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类。有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与正弦波相比 较，差额部分由有源滤波器进行补偿，这是谐波治理的发展方向。无源滤波器是通过L、C串联或并联，使其在某次谐波产生谐振，当发生串联谐振时，使滤波器两端该次谐波的电压很小，几乎接近 零，这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处，从而使变压器的一 次侧该次谐波的分量也很小，达到对该次谐波治理的目的。串联无源 滤波器多用于对5、7、H次谐波治理中，而且往往同时采用两组以上 滤波器，谐振在5、7次，同时起补偿电容器组的作用。谐波治理四、谐波的治理：APF有源滤波器一、APF有源滤波器基本原理是:通过检测负载的电流波形，除去波形中基波(50Hz)成 分，将剩余部分的波形反相，通过控制IGBT的触发，将反向电流注入供 电系统中，实现滤除(抵消)谐波，动态补偿系统无功与电压波动、抑制谐波、提高功率因素等功能。从而达到改善供电系统安全性、节 能降耗的目的。此方法的最大优势是很少副作用。动态连续平滑补偿，更高速的 响应速度使对电压闪变的补偿效果更好，不产生谐波。但目前由于功 率电子元件容量做不大、电压做不高，而且成本很高，因此在现阶段 不可能大量推广应用。随着科学技术的发展，功率电子元件的成本下 降，这一技术一定会在谐波治理上占主导地位的。谐波治理四、谐波的治理：APF有源滤波器二、APF有源滤波器与SVG可以合二为一 提高线路输电稳定性 维持受电端电压，加强系统电压稳定性 补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗 抑制电压波动和闪变 抑制三相不平衡谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器由滤波电容器和电抗器 串联构成一个或多个串联谐 振滤波支路，分别谐振于需 滤除的主要谐波频率，各滤 波支路均与谐波负载并联，对负载谐波电流构成分流支 路。无源电力滤波器的主回 路原理图及其谐波等效电 星 UihLh=-lih+-Zh+Tfii Zih+Tfii非坟愫负敬谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器Zfn=R+j(na)sL-n sC，当Zfn=O时，发生谐振na)sL=na)scZfn1谐波治理四、谐波的治理:无源滤波器图为采用三个调谐支 路分别调谐于5次、7 次和11次谐波频率时 所获得的滤波特性。对于工频基波电压而 言，无源滤波器等效 为一个电容器，可补 偿负载所需无功功 率。S.OM.3图12多支路无源电力滤波器特性谐波治理四、谐波的治理:无源滤波器无源滤波器的设计：上面讲了由电抗器与电容器串联谐振所构成的无源滤波支路称作单调谐滤 波器，是最简单也是最常用的无源滤波支路。除此之外，还有许多其它类 型的无源滤波支路，如下图所示。R c TnT_-1TJr(IC2R c a my TC5LOHS(a)(h)(c)(d)(e)(f)(“)单调防滤波器(b)双调淅沌波器(c)阶减幅型淀波(d).阶四通沌波器(e)三阶岛通油波然(力C型印尼沌波瑞 各种类型的无源电力滤波器支路谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器影响无源滤波器效果的主要因素：无源电力滤波器的工作原理是低 阻抗并联分流，是被动滤波。由下式 可以看出，无源电力滤波器的滤波效 果是由滤波器的谐波阻抗和电网谐波 阻抗共同决定的。对同一个无源滤波 器而言，当电网内阻抗较小时滤波效 果变差，如图所示；对于相同的电网 谐波阻抗而言，滤波器容量较小时，其谐波阻抗增加，滤波效果变差，电网阻抗对无源滤波器效果的影响谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器无源电力滤波器的设计选用设计选用无源电力滤波器需注意以下几个方面：(1)滤波器的额定电压等级和基波频率要与系统一致；(2)确认系统中有无中心线谐波滤波需求，有则选用3相4线系统；无则选用3相3线系统；(3)无源滤波器的基波无功容量应符合系统无功补偿需求；(4)滤波支路需根据系统谐波频谱进行设计或选用，必须从系统 中最低次主要谐波开始；常用无源滤波器支路组合：无3次谐波时：5 次,5次+7次,5次+7次+11次；有3次谐波时：3次，3次+5次,3次+5次+7 次；(5)滤波器各支路分流的谐波电流强度不得超过该滤波支路的谐 波电流额定值；(6)要根据系统阻抗和谐波电压含量进行滤波效果校验和安全运 行校验。(7)无源电力滤波器一般不可与常规无功补偿电容器并联运行，否则仍会导致谐波放大，谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器解决补偿电容器引起谐波放大问题的有效方法是在电容器支路中串联适当 电抗器。在实际应用中，串联电抗器可分为三类：第一类称作抗涌流电抗器，主要用途是限制电容器投入系统时的涌 流，其电抗率一般小于1%。这类电抗器对抑制谐波放大一般没有正面作 用。第二类称作失谐电抗器或消谐电抗器，主要用于抑制无功补偿电容器 引起的谐波放大。当用于抑制5次以上谐波放大时，电抗率通常取6%或 7%；抑制3次以上谐波放大时电抗率通常取14%左右。其共同特征是电抗器 与电容器的串联谐振频率fl明显低于最低次主要谐波频率。例如电抗率为 6%时，fl约为204Hz,明显低于5次谐波频率250Hz。第三类称作调谐电抗器或滤波电抗器，既可抑制无功补偿电容器引起 的谐波放大，又具有较强的谐波电流分流作用或滤波作用。其特征是电抗 器与电容器的串联谐振频率fl略低于欲滤除的主要谐波频率，因此对欲滤 除谐波呈现较低阻抗，以产生足够的谐波分流效果。例如用于滤除5次谐 波时，电抗率一般取4%-5%,对应fl在250Hz-224Hz之间。谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器串联电抗器的设计选用：当负荷谐波含量很低（母线电压谐波含量不大于1%）时可不用串联电抗器或仅采用1%以下抗涌流串联电抗器；当母线电压谐波含量小于5%,且无谐波电流抑制、滤波需求时，可采用串联 失谐电抗器。3次谐波电压含量低于0.5%时可采用6%或7%电抗器；3次谐波电 压含量高于0.5%时应采用12%以上电抗器。当负载谐波较重或有滤波需求时，应采用调谐电抗器、无源滤波器或有源滤 波器。当采用调谐电抗器时，电容器亦应采用滤波电容器。采用调谐电抗器或无源滤波器时，通常需要较为复杂的测（Js 1试与设计，方可取得良好效果，并需要进行安全运行校 加二*验，以保证设备安全运行。且串联电抗器后，电容器工作 行S 1-K电压和无功输出均增加，增加量等于串联电抗器比重。谐波治理四、谐波的治理：无源滤波器电抗系数的增大则谐振频率向低频移动，利用电抗系数可以调节谐振 频率。K%系数的确定：电网的一般情况是：5次谐波最大、7次次之、3次较小。因此工程中，选用K=4.56.0%的电抗器较多，国际上也通常采用。配置6%的电抗器 抑制5次谐波效果好，但有明显的放大3次谐波作用。它的谐振点(204HZ)远离5次谐波的频率(250HZ),裕量较大。配置4.5%的电 抗器对3次谐波