谐波治理

APF 优点
优 点
灵活 效果 好
无谐振
有源电力滤波 器
无过载
动态 连续
APF 分类
并联
与谐波源并联，为谐波提供通路，起到“ 疏”作用，具有投切方便、保护简单的优 点。工业多采用此方案。
1 ZC = ωC
ω = 2π f
谐波电流会更多的流过电 容器， 容器，使电容器长期工作 在过载情况， 在过载情况，导致电容器 寿命缩短，甚至烧毁。 寿命缩短，甚至烧毁。补 偿柜投不上、电容器嚣叫。 偿柜投不上、电容器嚣叫。
谐波对电 容的影响
& Ih
C
1、补偿投入时熔断器烧坏； 补偿投入时熔断器烧坏； 导致电容器击穿； 2、导致电容器击穿； 补偿柜投不上； 3、补偿柜投不上； 使电容器击穿甚至爆炸； 4、 使电容器击穿甚至爆炸；
谐波增加线路 损耗、 损耗、导致用 户用电费用增 加，设计容量 提高。 提高。
谐波导致继电 保护装置的误 动作和据动作 ，控制柜无法 正常工作， 正常工作，存 在谐振危险， 在谐振危险， 增加电火灾的 可能等。 可能等。
国内相关 政策法规
• a 、1993 年国家技术监督局制定颁布了 GB/T14549--1993 《电能质量公用电网谐波》标准，作为对电力系统 产品电能质量的要求，规定了公用电网谐波电压（相电压） 限值，作为限制用电户谐波污染的排放。对于用电户，一 则要求购置的用电设备先进合理设计，产生的谐波电流符 合 GB 17625.1—1998 《低压电气及电子设备发出的谐波 电流限制值标准》。二则对于不能满足要求的用电户，要 求安装电力谐波滤波器。
讲解内容
谐波的产生 谐波产生的危害 谐波治理方案 有源电力滤波器工作原理 有源电力滤波器应用实例
HAERBIN WEIHAN ELECTRIC EQUIPMENT CO,. LTD.
引言
随着科学技术的发展，各种非线性和时变性电子装 置如逆变器、整流器及开关电源等大规模使用，使得电力 系统中谐波成份显著增加。其负面效应日益显见。“谐波 污 染”已经成为影响电能质量的主要因素之一，因此进行谐 波 治理也成为了现代电力生产发展的迫切要求。
LC 缺点九
滤波装置各支路的投、 滤波装置各支路的投、切必须遵循原则
滤波装置各支路的投、切原则必须遵循：先低后高投入， 滤波装置各支路的投、切原则必须遵循：先低后高投入，先高 后低切除。不遵循这一原则会造成电容支路过载， 后低切除。不遵循这一原则会造成电容支路过载，烧断熔 故障保护等情况出现。 丝，故障保护等情况出现。
• 1．国家标准对谐波的要求： ．国家标准对谐波的要求： 1）、谐 电压 值《电能质 、公 电网谐 》GB/T14549-93 公 电网谐 电压（ 电压）
电压总谐波畸 变率 电网标称电 % 压 kV 0.38 6 10 35 66 110 5.0 4.0 3.0 2.0
各次谐波电压含有率：% 奇数 偶数
QC QF QP
LC 缺点七
轻载时高次滤波支路投不上
L I 13 C
L
L I 11 I7
L I5
C
C
C
谐波源
13次滤波 11次滤波 7次滤波 5次滤波
在轻负载情况下，系统内仍有谐波存在，但11次、13次滤波支路就可能投不上， 原因是基波无功过补了。
来自百度文库
LC 缺点八
在一个系统内不宜设置多处滤波
已经投产，发现滤波容量做小了，或者用户要扩产增容， 已经投产，发现滤波容量做小了，或者用户要扩产增容， 增加了非线性负荷的容量，需要增加滤波器的容量。 增加了非线性负荷的容量，需要增加滤波器的容量。这时 单靠增加并联滤波电容器的数量是解决不了滤波增容问题， 单靠增加并联滤波电容器的数量是解决不了滤波增容问题， 原因电抗器不匹配了， 原因电抗器不匹配了，不推荐同一滤波次数的多台滤波器 并联使用，整套装置要推倒重来。 并联使用，整套装置要推倒重来。
• b 、1995 年国家通过了《电力法》，并于 1996 年 4 月 1 日起实施。《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、 用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），在电 能质量治理上必须遵循《电力法》规定，“谁污染、谁治 理”的原则。对于新投产的项目，必须根据用户用电负荷 性质给电能污染造成的程度，加装消除电能污染的设备。
谐波对电 机的影响
• • • • • • 电动机转矩产生脉动 起动和运行性能变坏 电动机的损耗增加 温升增加，缩短电动机的使用寿命 减少电动机的出力 产生机械振动和噪声
谐波对电 网的影响
• 谐波的集肤效应使谐波电阻比基波电阻增加很大，因此谐 波引起的附加损耗也有所增加。 • 谐波源发出的谐波有功功率也给接在电网上的其他用电设 备带来危害，并增加功率损耗。 • 磁吹线圈不能正常工作，导致短路器无法断开以至损坏。 • 导致中线过载过热、绝缘损坏，发生短路，引起火灾。
LC 缺点五
容量固定
滤波装置的设计容量和滤波次数一定要和实际负荷状态匹配，如提前设计，对负荷 的谐波状况可能掌握不那么准确，设计容量大了，会出现过补，高次滤波支路投不 上；设计容量小了，会出现滤波支路过载，烧毁滤波电容器或电抗器，造成麻烦。
LC 缺点六
高功率因数场合滤波困难
滤波支路接入的同时，滤波电容器的基 波补偿容量也送入系统。某些需要滤 波的场合，功率因数就非常高，例如 进口变频器，这类负载本身的功率因 数高达0.95以上，满载时能达到0.99以 上，但自身没有采取谐波滤波措施， 变频器工作电流中含有约30％谐波电 流。在这种情况下滤波装置的全部投 入会造成系统容性无功过补，这是很 危险也是不允许的，这样往往需要再 安装电抗器，投入感性无功去抵消过 补的容性无功。
谐波的基本概念
目前国际普遍定义谐波为： 目前国际普遍定义谐波为：
fundamental distorted wave
谐波定义为：电气量频 率为基波整数倍的正弦波分 量。对于我国使用的50Hz电 对于我国使用的50Hz电 源来说基波为50Hz， 源来说基波为50Hz，3次谐 波为150Hz,5次谐波为250Hz, 波为150Hz,5次谐波为250Hz, 以此类推。 以此类推。
harmonics
基波叠加5次和7次谐波
谐波源种类 整流电路 交流调压电路 交－交变频电路
产生 大量 的谐波
谐波危害
加速电容器老化 影响电动机效率和正 常运行， 常运行，寿命缩短
影响通信系统 的正常工作
谐波
继电保护装置 误动作
增加变压器和线路损耗
容易引起局部谐振
谐波对电 容的影响
电容器对高次谐波呈现低 阻抗特性
LC 缺点四
谐振点容易变化 1 Z fn = R + j (nω L − ) nωC
Z fn
Z fn
′ ωn ωn
ω
谐LC调谐支路采用滤波电容器，有电容器必定会发生电容器容量衰减，造成谐振点偏移， 滤波效果大大降低，这就可以解释为什么无源滤波装置在使用二、三年后感觉效果不如刚投入使用时的效果。 在衰减严重情况下，LC非但不能滤波反而将谐波放大，与系统发生谐振，引起重大供电事故。
谐波对保护、通 讯、测量的影响
• 谐波将导致保护装置受到干扰而误动或拒动， 谐波将导致保护装置受到干扰而误动或拒动，可靠性降 低。 当有谐波存在时，将导致产生测量误差。 当有谐波存在时，将导致产生测量误差。 信息化设备无法正常工作。 信息化设备无法正常工作。 系统(电网)不稳定，用电设备无法正常运行。 系统(电网)不稳定，用电设备无法正常运行。 精密、精细加工工艺流程无法正常生产。 精密、精细加工工艺流程无法正常生产。
Z
-XC
L
XL
C
0
f0
f
XL =ωL=2πfL
XC =1/ωC=1/2πfC
LC无源滤波 LC无源滤波 简介
电网
Zs
负载
Z fn
Zs
Z fn
& Ih
LC 缺点
容量固定 参数易 变化
容易 谐振
效果不好！ 效果不好！
消耗大量 有色金属
LC 缺点一
不能完全滤除谐波
Z5
& Ih
LC滤波支路是低阻分流原理，支路电阻与变压器内阻并联，反比分流， LC滤波支路是低阻分流原理，支路电阻与变压器内阻并联，反比分流， 滤波支路是低阻分流原理 滤波效果在50％左右， 滤波效果在50％左右，不高 50
LC 缺点二
需要多个滤波通道
L I 13 C
L
L I 11 I7
L I5
C
C
C
谐波源
13次滤波 11次滤波 7次滤波 5次滤波
LC 缺点三
滤波器分组设计，占地面积大
L C H5 H7 H11 HP13
1.滤波电抗器一般做成空芯的比较多，不宜放在柜内， 2.占地面积大，不宜管理。噪声也不小。
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有源电力滤波器
其基本原理是产生 一个与负载谐波电流具 有幅值相同而相位相反 的补偿电流，与负载谐 波电流相抵消以达到消 除谐波的目的。是一种 积极的谐波消除方式， 滤波器效果较无源滤波 器好。
LC无源滤波 LC无源滤波 简介
1 Z fn = R + j (nω L − ) nωC
Z fn
ω
LC无源滤波 LC无源滤波 简介
LC 缺点十
LC滤波器的滤波效果会受到电网参数的影响， 滤波器的滤波效果会受到电网参数的影响， 滤波器的滤波效果会受到电网参数的影响
LC滤波器的滤波效果会受到电网频率波动的影响，还与电网 滤波器的滤波效果会受到电网频率波动的影响， 滤波器的滤波效果会受到电网频率波动的影响 电压的波动有关， 电压的波动有关，系统中大负载的启用会造成系统电压跌 功率因数偏低，谐波量达到高潮的时候， 落，功率因数偏低，谐波量达到高潮的时候，是最需要电 容器满负荷输出，但恰恰电容器容量输出是最小的， 容器满负荷输出，但恰恰电容器容量输出是最小的，原因 是：我们知道电容器输出容量与电容器两端的电压平方成 正比，由于系统电压的跌落， 正比，由于系统电压的跌落，电容器输出容量平方关系下 指望不上。这段时期的电能质量会非常差。 降，指望不上。这段时期的电能质量会非常差。 • 对于特殊的谐波、或当系统阻抗和频率变化时，与电源阻 对于特殊的谐波、或当系统阻抗和频率变化时， 抗发生的并联谐振会导致谐波电流放大， 抗发生的并联谐振会导致谐波电流放大，使电路无法正常 工作。 工作。
谐波对用 户的危害
设备 产品 费用 支出 安全
谐波导致系统 电容器的老 中电容器的老 电抗器烧 化、电抗器烧 损坏电动 毁、损坏电动 危害变压 机、危害变压 产生过热、 器产生过热、 损坏通信设备 损坏通信设备 加速电缆 电缆老 、加速电缆老 化。
谐波影响生产 谐波影响生产 线的安全稳定 运行，导致产 运行， 品质量下降， 品质量下降， 例如：造纸、 例如：造纸、 纺织、 纺织、等精密 生产行业等。 生产行业等。
• • • •
导致结果：设备发热，效率降低，异声及振动， 导致结果：设备发热，效率降低，异声及振动，绝缘老 化及至击穿，缩短使用寿命，严重时导致电气火灾事故。 导致电气火灾事故 化及至击穿，缩短使用寿命，严重时导致电气火灾事故。
谐波对继电保 护装置的影响
www.weihanpower.com www.weihanpower.com www.weihanpower.comwww.wehanpower.com
4.0 3.2 2.4 1.6
2.0 1.6 1.2 0.8
•
1．国家标准对谐波的要求： ．国家标准对谐波的要求：
2）、谐波电流允许值 注入公用连接点的谐波电流允许值
注：谐波电流允许值
谐波治理
治理 谐波
无源电力滤波器
利用电容器、电抗 器和电阻器的适当组合 而构成的滤波装置。其 具有结构简单、维护方 便等优点,但只能抑制固 定次谐波、其滤波效果 受系统阻抗及频率变化 影响、且体积庞大、易 与系统发生谐振。
国内相关 政策法规
• c 、1998 年，电力工业部颁发了《电网电能质量技术监督 管理规定》（电综（ 1998 ） 211 号文），该文规定了国 家电力公司是负责全国电网电能质量技术监督管理部门， 以各级电力调动部门为中心，逐步加强对电能质量指标的 全面运行监测。 • d 、2001 年，国家电力公司下发了《关于进一步提高用 户电压质量管理的指导意见》，规定供电部门应对配电区 的电压质量进行 24 小时轮测，发现电能污染超过“标准” 的用户应采取措施，加装抑制谐波及功率因数补偿设备， 必要时依据《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、 用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），运用 法律手段治理电能污染。