丹佛斯谐波处理方案
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谐波抑制方案
谐波的产生
1. 线性负载：如果电压是正弦波，电流就是正弦波。如电阻、电容和电感任意组 合的电路，此类负载不会产生谐波
2. 非线性负载：电压波形为正弦波，电流波形不是正弦波常见的非线性负载有：
• • • • • 整流设备：变频器、直流调速器、UPS、EPS、列车机车电源 开关电源：办公设备、家用电器、医疗设备 可控硅调压：软启动器、调压调速器、节电器 电弧类：电弧炉、电弧焊 气体放电：电子镇流器、灯管、节能灯
5’th Harmonic 0.9 A (5%) 7’th Harmonic 0.7 A 11’th Harmonic 0.7 A 13’th Harmonic 0.55 A ------------------------------------------------
有源滤波器AF
1. 动态抑制谐波，注入反向等幅谐波电流，THID＜5% 2. 可并联联结，可异地补偿谐波 3. 可能吸收其它设备的谐波
1. 总电流谐波含量：
THID
THVD
nmax
n2
n2
I(n) 2 I (1)
100%
100 %
nmax
2. 总电压谐波含量：
V( n ) 2 V(1)
3. TDD( Total Demand Distortion)
1 TDD IL
n max
n2
I ( n) 2 100%
•选件包括ModBus等现场总线卡、断路器和熔断器选件和A2, A1 级RFI选件
VLT有源滤波器数据
400Volt Input 400Volt Input 400Volt Input 400Volt Input Rated Drive Rated Filter Rated Drive Rated Filter Output Current Output Current Output Current Output Current FC-302 VLT5000 Frame HO [Amps] HO [Amps] NO [Amps] NO [Amps] P132 T5 5202 D2 260 101 315 122 P160 T5 5252 D2 315 122 395 153 P200 T5 5302 D2 395 153 480 186 P250 T5 600 5352 E1 480 186 232 P315 T5 5452 E1 600 232 658 254 P355 T5 5502 E1 658 254 745 288 P400 T5 5552 E1 695 269 800 309 P450 T5 F1 880 800 309 340 P500 T5 F1 880 340 990 383 P560 T5 F1 990 383 1120 433 P630 T5 F1 1120 433 1260 487 P710 T5 F2 1260 487 1460 565 P800 T5 F2 1460 565 1700 657 P1000 T5 1760 681 1980 766 Active Filter capacity is 40% of the drive input current Drive input current is based on output current with a motor PF=0.9, input PF=0.95, drive Eff=0.98, Assumed ambient temp of 45degC for HO Active Filter and 40degC for NO Active Filter
PWM整流AFE
1. 动态抑制谐波，输入电流正弦波，THID＜5%
2. 可向电网回馈能源，可作为风能发电等并网接入
3. 不吸收其它设备的谐波
1
2
3
a b c
4 5 6
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 32.26 A THD 9.14 % RMS current 32.39 A 5’th Harmonic 0A 7’th Harmonic 0A 11’th Harmonic 0A 13’th Harmonic 0A ------------------------------------------------
AH F 010
~ ~ ~Байду номын сангаас
AH F 005
12脉冲整流
1. 抑制谐波，消除5次和7次，THID＜10% 2. 可方便实现高-低方案 3. 不吸收其它设备的谐波
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 36.11 A THD 10.68 % RMS current 36.32 A 5’th Harmonic 0.08 A 7’th Harmonic 0.03 A 11’th Harmonic 3.32 A 13’th Harmonic 1.74 A ------------------------------------------------
•部分负载上有容性 •增加元件价格 •不能再生发电 •重且大 •一个变频器配一个 •贵
•一个变频器配一个 •性能依赖电源 •低的封装 •增加元件价格 •不能再生发电 •重且大
•不能再生发电(partly) •需编程
电磁兼容 - EMC
2015/11/2
Presented by: Frank Henrik Taaning, DD-SIA
~ ~ ~
优点和缺点
多脉波 •坚实耐用 •如果用隔离变压器，价格 最优 •著名的技术 •无需编程 高级谐波滤波器 (AHF) •价格低廉 [power<200A] •简单 •无需编程 •坚实耐用 •集中安装 •方便改造 •可并联使用 •容易安装 •高的系统可靠性 有源前端 •所有滤波器中效率最高 •体积最小 •最轻 •可再生发电 •性能和电源无关 •谐波削减显著 •高封装等级 •容易用水冷却 •容易安装 有源滤波器 •价格低廉 •高的系统可靠性 •性能和电源无关 •谐波削减显著 •集中安装. •方便改造 •重量轻且小 •并联/冗余可能 •高封装等级 •容易用水冷却 •不会过载
18脉冲整流
1. 抑制谐波，消除5次、7次、11次、13次，THID＜5%
2. 可方便实现高-低方案
3. 不吸收其它设备的谐波
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 18 A THD 8.9 %
电压总谐波畸变率
% 5.00 4.00 4.00
各次谐波电压含有率(%)
奇次 4.00 3.20 3.20 偶次 2.00 1.60 1.60
允许用户注入电网的谐波电流 电网标称电 压 /Kv 0.38 6.00 10.00 基准短路容 量 /MVA 10.00 100.00 100.00 2 78 43 26 3 62 34 20 4 39 21 13 5 62 34 20 谐波次数和谐波电流允许值(%) 6 26 14 7 44 24 15 8 19 11 9 21 11 10 16 8. 5 11 28 16 12 13 7 13 24 13
电缆的截面，开关的触头容量
2. 浪费能源：产生谐波功率、谐波电能 3. 增加温升：变压器、电机 4. 电容降容：增加电流和温升，加速老化 5. 保护误动作：增加空开、热继、熔断器
发热量
6. 计量失准：导致仪表线圈磁通畸变，计量
显示失准
7. 电压畸变：变压器输出“削顶” 8. 线路谐振
有关谐波的指标
4.5
2.5
4
1
1.5
0.5
0.7
8%
12%
100<1000
>1000
12
15
5.5
7
5
6
2
2.5
1
1.4
15%
20%
谐波电压限制
应用领域
特殊应用（医院、机场） 普通应用 专业应用（100%变频器负载）
THVD
3% 8% 12%
GB/T14549-93
公用电网允许的电压畸变率
电网标称电压
/Kv 0.38 6.00 10.00
19
丹佛斯VLT有源滤波器
VLT@ Active Filter
有源滤波器介绍
1. 有源滤波器是流控电流源，主要作用是产生与谐波源谐波电流Ih 具有相同的幅值而相位相反的补偿电流-Ih来达到消除的目的。 2. 与无源滤波器相比，具有以下特点：
具有自适应功能，实现动态补偿 可同时对谐波和无功功率进行补偿
-
对电网电压瞬间跌落进行补偿
受电网阻抗影响不大，不易与电网阻抗发生谐振
有源滤波器介绍
1. 有源滤波器分为串联型和并联型两种，串联型成本大，安装复杂，效率 低，很难退出维修，所以实际应用很少。基本大多数是并联型产品 2. 电压源谐波（系统产生的）原则上采用串联型，安装在特定的设备前。 电流源谐波（用户产生的）原则上采用并联型，安装在特定的节点。由 于没有绝对的电流源和绝对电压源，所以并联型和串联型都可以用在电 网中起到相同的补偿效果
六脉冲整流桥谐波的产生
1. 整流桥只是开关，本身不产生电流，而流经整流桥的负载电流为电 容的充电电流 2. 只有交流侧的电压大于直流侧的电压时，才有电流进入电容，对电 容进行充电，所以整流桥的负载电流为系列双脉冲 3. 电容越大，负载电流脉冲越窄，谐波含量就越大，反之亦然
谐波的传播
1. 传导：沿着导电线路传播 2. 耦合：通过磁场和电场进行传播
3. 既可以就地补偿，也可以异地补偿
有源滤波器介绍
1. 硬件结构类似于变频器，根据储能元件的不同分为电压源结构（电 容储能）和电流源结构。基本大多数是并联型产品 2. 谐波测量与提取技术 3. 电流跟踪技术、电压控制技术 4. 直流侧电压控制技术
VLT有源滤波器介绍
•适配130kW-630kW变频器 (更大功率可以通过并联实现） •电压范围380-480V / 500-690V (中压产品含变压器) •把谐波电流控制在 4-5% 以内，调试非常简单 •与HPD具有相同的外形大小（190A/D2、310A/E1、500A/F1&F2）、散 热方式（背板式）和LCP (图线显示)，并支持MCT10软件
低通滤波器
有源滤波器
PWM整流桥
AC电抗器
1. 抑制谐波，35%＜THID＜45% 2. 抑制浪涌，延缓电压突变 3. 造成线路电压下降，8%阻抗的电感抗器，可导致4%电压降
DC电抗器
1. 抑制谐波，35%＜THID＜45% 2. 体积小，易于内置 3. 无电压下降
低通滤波器
1. 抑制谐波，5%＜THID＜10% 2. 并联运行，易于安装，可用改造项目 3. 可能引起系统谐振 4. 可能吸收其它设备的谐波，建议使用输入电抗器
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 32.26 A THD 9.14 % RMS current 32.39 A 5’th Harmonic 0A 7’th Harmonic 0A 11’th Harmonic 0A 13’th Harmonic 0A ------------------------------------------------
•Total Demand Distortion equals harmonic distortion as a percentage of maximum demand load current (15 or 30 min demand), •TDD is a system level parameter as it depends upon the definition of IL The definition of IL is crucial to this parameter. • IL Is the maximum load current at the PCC (i.e. total current from all loads) (e.g. total load current on transformer),This can be very different to THID
8.
5
6.
6. 8. 9. 4. 7.9 4 8 5 3 3
谐波的抑制和治理
1. 被动/静态措施：AC电抗器、DC电抗器、12/18脉冲整流，低通滤波器 2. 主动/动态措施：有源滤波器AF、PWM整流桥AFE
///
///
///
// / ///
AC电抗器
DC电抗器
12脉冲
///
///
///
///
///
IEEE519，1992
IEEE519，1992
Isc：公共接入点的短路电流 IL：前12个月的最大功率需求的平均电流
谐波电流限制
Isc/IL <20 n<11 4 1<n<17 2 17<n<23 1.5 23<n<35 0.6 35<n 0.3 TDD 3%
20<50
50<100
7
10
3.5
P CC1 MV LV Zxfr P CC2 Z1 P CC3 Rectifier 1 Z2 P CC3 Rectifier 2 Z3 P CC3 Other Loads Rectifier 3
PCC：Point of Common Coupling测量点或接入点
谐波的危害
1. 增加设备投资：谐波占用变压器的容量，
谐波的产生
1. 线性负载：如果电压是正弦波，电流就是正弦波。如电阻、电容和电感任意组 合的电路，此类负载不会产生谐波
2. 非线性负载：电压波形为正弦波，电流波形不是正弦波常见的非线性负载有：
• • • • • 整流设备：变频器、直流调速器、UPS、EPS、列车机车电源 开关电源：办公设备、家用电器、医疗设备 可控硅调压：软启动器、调压调速器、节电器 电弧类：电弧炉、电弧焊 气体放电：电子镇流器、灯管、节能灯
5’th Harmonic 0.9 A (5%) 7’th Harmonic 0.7 A 11’th Harmonic 0.7 A 13’th Harmonic 0.55 A ------------------------------------------------
有源滤波器AF
1. 动态抑制谐波，注入反向等幅谐波电流，THID＜5% 2. 可并联联结，可异地补偿谐波 3. 可能吸收其它设备的谐波
1. 总电流谐波含量：
THID
THVD
nmax
n2
n2
I(n) 2 I (1)
100%
100 %
nmax
2. 总电压谐波含量：
V( n ) 2 V(1)
3. TDD( Total Demand Distortion)
1 TDD IL
n max
n2
I ( n) 2 100%
•选件包括ModBus等现场总线卡、断路器和熔断器选件和A2, A1 级RFI选件
VLT有源滤波器数据
400Volt Input 400Volt Input 400Volt Input 400Volt Input Rated Drive Rated Filter Rated Drive Rated Filter Output Current Output Current Output Current Output Current FC-302 VLT5000 Frame HO [Amps] HO [Amps] NO [Amps] NO [Amps] P132 T5 5202 D2 260 101 315 122 P160 T5 5252 D2 315 122 395 153 P200 T5 5302 D2 395 153 480 186 P250 T5 600 5352 E1 480 186 232 P315 T5 5452 E1 600 232 658 254 P355 T5 5502 E1 658 254 745 288 P400 T5 5552 E1 695 269 800 309 P450 T5 F1 880 800 309 340 P500 T5 F1 880 340 990 383 P560 T5 F1 990 383 1120 433 P630 T5 F1 1120 433 1260 487 P710 T5 F2 1260 487 1460 565 P800 T5 F2 1460 565 1700 657 P1000 T5 1760 681 1980 766 Active Filter capacity is 40% of the drive input current Drive input current is based on output current with a motor PF=0.9, input PF=0.95, drive Eff=0.98, Assumed ambient temp of 45degC for HO Active Filter and 40degC for NO Active Filter
PWM整流AFE
1. 动态抑制谐波，输入电流正弦波，THID＜5%
2. 可向电网回馈能源，可作为风能发电等并网接入
3. 不吸收其它设备的谐波
1
2
3
a b c
4 5 6
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 32.26 A THD 9.14 % RMS current 32.39 A 5’th Harmonic 0A 7’th Harmonic 0A 11’th Harmonic 0A 13’th Harmonic 0A ------------------------------------------------
AH F 010
~ ~ ~Байду номын сангаас
AH F 005
12脉冲整流
1. 抑制谐波，消除5次和7次，THID＜10% 2. 可方便实现高-低方案 3. 不吸收其它设备的谐波
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 36.11 A THD 10.68 % RMS current 36.32 A 5’th Harmonic 0.08 A 7’th Harmonic 0.03 A 11’th Harmonic 3.32 A 13’th Harmonic 1.74 A ------------------------------------------------
•部分负载上有容性 •增加元件价格 •不能再生发电 •重且大 •一个变频器配一个 •贵
•一个变频器配一个 •性能依赖电源 •低的封装 •增加元件价格 •不能再生发电 •重且大
•不能再生发电(partly) •需编程
电磁兼容 - EMC
2015/11/2
Presented by: Frank Henrik Taaning, DD-SIA
~ ~ ~
优点和缺点
多脉波 •坚实耐用 •如果用隔离变压器，价格 最优 •著名的技术 •无需编程 高级谐波滤波器 (AHF) •价格低廉 [power<200A] •简单 •无需编程 •坚实耐用 •集中安装 •方便改造 •可并联使用 •容易安装 •高的系统可靠性 有源前端 •所有滤波器中效率最高 •体积最小 •最轻 •可再生发电 •性能和电源无关 •谐波削减显著 •高封装等级 •容易用水冷却 •容易安装 有源滤波器 •价格低廉 •高的系统可靠性 •性能和电源无关 •谐波削减显著 •集中安装. •方便改造 •重量轻且小 •并联/冗余可能 •高封装等级 •容易用水冷却 •不会过载
18脉冲整流
1. 抑制谐波，消除5次、7次、11次、13次，THID＜5%
2. 可方便实现高-低方案
3. 不吸收其它设备的谐波
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 18 A THD 8.9 %
电压总谐波畸变率
% 5.00 4.00 4.00
各次谐波电压含有率(%)
奇次 4.00 3.20 3.20 偶次 2.00 1.60 1.60
允许用户注入电网的谐波电流 电网标称电 压 /Kv 0.38 6.00 10.00 基准短路容 量 /MVA 10.00 100.00 100.00 2 78 43 26 3 62 34 20 4 39 21 13 5 62 34 20 谐波次数和谐波电流允许值(%) 6 26 14 7 44 24 15 8 19 11 9 21 11 10 16 8. 5 11 28 16 12 13 7 13 24 13
电缆的截面，开关的触头容量
2. 浪费能源：产生谐波功率、谐波电能 3. 增加温升：变压器、电机 4. 电容降容：增加电流和温升，加速老化 5. 保护误动作：增加空开、热继、熔断器
发热量
6. 计量失准：导致仪表线圈磁通畸变，计量
显示失准
7. 电压畸变：变压器输出“削顶” 8. 线路谐振
有关谐波的指标
4.5
2.5
4
1
1.5
0.5
0.7
8%
12%
100<1000
>1000
12
15
5.5
7
5
6
2
2.5
1
1.4
15%
20%
谐波电压限制
应用领域
特殊应用（医院、机场） 普通应用 专业应用（100%变频器负载）
THVD
3% 8% 12%
GB/T14549-93
公用电网允许的电压畸变率
电网标称电压
/Kv 0.38 6.00 10.00
19
丹佛斯VLT有源滤波器
VLT@ Active Filter
有源滤波器介绍
1. 有源滤波器是流控电流源，主要作用是产生与谐波源谐波电流Ih 具有相同的幅值而相位相反的补偿电流-Ih来达到消除的目的。 2. 与无源滤波器相比，具有以下特点：
具有自适应功能，实现动态补偿 可同时对谐波和无功功率进行补偿
-
对电网电压瞬间跌落进行补偿
受电网阻抗影响不大，不易与电网阻抗发生谐振
有源滤波器介绍
1. 有源滤波器分为串联型和并联型两种，串联型成本大，安装复杂，效率 低，很难退出维修，所以实际应用很少。基本大多数是并联型产品 2. 电压源谐波（系统产生的）原则上采用串联型，安装在特定的设备前。 电流源谐波（用户产生的）原则上采用并联型，安装在特定的节点。由 于没有绝对的电流源和绝对电压源，所以并联型和串联型都可以用在电 网中起到相同的补偿效果
六脉冲整流桥谐波的产生
1. 整流桥只是开关，本身不产生电流，而流经整流桥的负载电流为电 容的充电电流 2. 只有交流侧的电压大于直流侧的电压时，才有电流进入电容，对电 容进行充电，所以整流桥的负载电流为系列双脉冲 3. 电容越大，负载电流脉冲越窄，谐波含量就越大，反之亦然
谐波的传播
1. 传导：沿着导电线路传播 2. 耦合：通过磁场和电场进行传播
3. 既可以就地补偿，也可以异地补偿
有源滤波器介绍
1. 硬件结构类似于变频器，根据储能元件的不同分为电压源结构（电 容储能）和电流源结构。基本大多数是并联型产品 2. 谐波测量与提取技术 3. 电流跟踪技术、电压控制技术 4. 直流侧电压控制技术
VLT有源滤波器介绍
•适配130kW-630kW变频器 (更大功率可以通过并联实现） •电压范围380-480V / 500-690V (中压产品含变压器) •把谐波电流控制在 4-5% 以内，调试非常简单 •与HPD具有相同的外形大小（190A/D2、310A/E1、500A/F1&F2）、散 热方式（背板式）和LCP (图线显示)，并支持MCT10软件
低通滤波器
有源滤波器
PWM整流桥
AC电抗器
1. 抑制谐波，35%＜THID＜45% 2. 抑制浪涌，延缓电压突变 3. 造成线路电压下降，8%阻抗的电感抗器，可导致4%电压降
DC电抗器
1. 抑制谐波，35%＜THID＜45% 2. 体积小，易于内置 3. 无电压下降
低通滤波器
1. 抑制谐波，5%＜THID＜10% 2. 并联运行，易于安装，可用改造项目 3. 可能引起系统谐振 4. 可能吸收其它设备的谐波，建议使用输入电抗器
HARMONIC CURRENT ANALYSIS -----------------------------------------------Fund. Current 32.26 A THD 9.14 % RMS current 32.39 A 5’th Harmonic 0A 7’th Harmonic 0A 11’th Harmonic 0A 13’th Harmonic 0A ------------------------------------------------
•Total Demand Distortion equals harmonic distortion as a percentage of maximum demand load current (15 or 30 min demand), •TDD is a system level parameter as it depends upon the definition of IL The definition of IL is crucial to this parameter. • IL Is the maximum load current at the PCC (i.e. total current from all loads) (e.g. total load current on transformer),This can be very different to THID
8.
5
6.
6. 8. 9. 4. 7.9 4 8 5 3 3
谐波的抑制和治理
1. 被动/静态措施：AC电抗器、DC电抗器、12/18脉冲整流，低通滤波器 2. 主动/动态措施：有源滤波器AF、PWM整流桥AFE
///
///
///
// / ///
AC电抗器
DC电抗器
12脉冲
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IEEE519，1992
IEEE519，1992
Isc：公共接入点的短路电流 IL：前12个月的最大功率需求的平均电流
谐波电流限制
Isc/IL <20 n<11 4 1<n<17 2 17<n<23 1.5 23<n<35 0.6 35<n 0.3 TDD 3%
20<50
50<100
7
10
3.5
P CC1 MV LV Zxfr P CC2 Z1 P CC3 Rectifier 1 Z2 P CC3 Rectifier 2 Z3 P CC3 Other Loads Rectifier 3
PCC：Point of Common Coupling测量点或接入点
谐波的危害
1. 增加设备投资：谐波占用变压器的容量，