谐波原理及抑制

1、1 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 内容内容 1 - 基本概念基本概念 2 - 电力生产、配电和消耗各环节产生的谐波干扰电力生产、配电和消耗各环节产生的谐波干扰 3 - 标准和规定标准和规定 4 - 谐波对主要元件的影响谐波对主要元件的影响 5 - 谐波抑制方案谐波抑制方案 5.1 - 防止和校正 5.2 - 有源滤波器 5.3 - 正弦波采样理论 2 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 1 - 基本概念基本概念 目的目的:了解本课必备的基本概念了解本课必备的基本概念 3 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 基本概念基本概念 线性负载线

2、性负载 非线性负载非线性负载 n无谐波 n电流包含谐波 n线性负载概念线性负载概念: q负载被称为“线性的”是指当施加一个正弦波电压时它吸收的电流也 是正弦波的负载。 q例, 白炽灯,加热器, 稳态运行的电机。 n非线性负载概念非线性负载概念: q负载被称为“非线性”是指当加上一个正弦波电压, 它吸收的电流为非 正弦的。 q例, 计算机, 启动时的电机, 变频器，节能灯，变压器加电时, 等。 4 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电抗器饱和电抗器饱和 基本概念基本概念 非线性，举例非线性，举例 n整流二极管整流二极管 L = f (i) v L i R v lil Lv

3、i v i v i w wt w wt n非线性引起谐波表现为电流不再跟随电压的形状, 即不是正弦波。 2P P 5 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n间谐波间谐波 正弦分量不是基波频率的整数倍。 n次谐波次谐波 谐波分量频率低于基波频率 这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变 化引起的。 例: - 电弧炉 电弧不稳定 - 波形控制 - 循环变流器 频率变换器 - 变频器 基本概念基本概念 间谐波和次谐波间谐波和次谐波 n图形图形 1 2 3 4 5 infrainter 6 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 定义定义 n傅立叶变换傅立叶变换

4、: 所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的 周期正弦函数的总和, 该正弦函数的频率为基波频率的 整数倍。 基本概念基本概念 f(t) = + ancos(nw1t) + bnsin(nw1t) 式中:w1 = (T 为周期) n 为正整数 ao, an, bn 为博立叶系数 ao = f(t).dt an = f(t).cosnw1t.dt bn = f(t).sinnw1t.dt S n = 1 ao 2 2p T 2 T o T 2 T o T 2 T o T 7 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 Y0 = 0 Yn =对于奇数次n Yn/Y1 =对于奇数次

5、n 基本概念基本概念 定义定义 n以方波为例以方波为例 1 n 2 2 E p 1 n H3 均方根值 .E 2 2 p 1 3 基波均方根值 .E 2 2 p Yn/Y1 100% 1 3 5 7 9 11 n 2P P +E U -E wt 8 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 基本概念基本概念 定义定义 n逐次谐波畸变逐次谐波畸变 n次谐波均方根与基波均方根值的比值 n频谱频谱 谐波幅值和谐波次数的函数表示。各次谐波幅值表示为基 波的百分数。 Yn Y1 Hn % = 100 9 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n非正弦周期量的均方根值非正弦周期

6、量的均方根值 (RMS) Yrms = y2 (t) dt = (Yn)2 n电压畸变电压畸变 谐波均方根值与基波的比值 THD (%) = 100 * 对于 DIN 标准, Y1 由 Y 的均方根值代替 基本概念基本概念 定义定义 1 T T 0 n = n = 1 (Yn)2 n = n = 2 Y1* 10 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 基本概念基本概念 定义定义 n功率因数和相移因数功率因数和相移因数 q功率因数是有功功率P与视在功率S的比值 q相移因数 cos j1 代表电压与电流基波夹角的余弦。 P1 基波分量的有功功率 S1 基波分量的视在功率 n畸变因数

7、 DF 是 PF 与 cos j1 之间的比值 n峰值因数是峰值与周期量均方根值的比值 P S PF = P1 S1 cos j1= PF cos j1 DF = Y crest Y rms CF = 11 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电压与电流畸变的关系电压与电流畸变的关系 电源阻抗 对于每个电流谐波In, 对应该频率的电源阻抗Zsn两端存在 谐波电压Un Un=Zsn.In n逐次谐波畸变逐次谐波畸变 Hn= (U1: 基波值) THD (%) = 100 (Hn)2 在各次谐波频率下的电源阻抗为电压出现畸变的基本原因 n结论结论: 如果电源阻抗低, 电压畸变就

8、低。 基本概念基本概念 电源阻抗电源阻抗 n = n = 2 U e Zs i s n Un U1 12 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 发电机 X”d=12% n阻抗和频率的函数关系阻抗和频率的函数关系 基本概念基本概念 电源阻抗电源阻抗 n等效图 n变压器, 发电机, 电缆 输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值 传统UPS 变压器Usc=4% MLI UPS nUPS % Zs Zc 150 100 50 50250500750F (Hz) 13 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电流谐波畸变依赖于负载 n电压谐波畸变依赖于电源 n较低的电源阻抗利

9、于谐波电流流向电源, 但同时电压 畸变往往也较低 n反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸 变往往也较高 n电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的 基本概念基本概念 电源阻抗对电压和电流畸变的影响电源阻抗对电压和电流畸变的影响 14 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 基本概念基本概念 术语术语 n主要术语主要术语 通常标记通常标记IEC其它其它 总谐波畸变总谐波畸变TDHDTHD, 功率因数功率因数FPPF 相移因数相移因数cosjcosj1 畸变因数畸变因数FDDF, Fd 峰值因数峰值因数FCFCCF 15 施耐德电气公司房地产客户部施耐

10、德电气公司房地产客户部 2 - 电力生产、配电和消耗各环节电力生产、配电和消耗各环节 产生的谐波干扰产生的谐波干扰 目的目的:认识干扰源的特点认识干扰源的特点 16 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波干扰谐波干扰 电源电源 EJP M I U PSB MV/LV 线性负载 n在电网某一点在电网某一点, 谐波畸变依赖于谐波畸变依赖于: q负载类型 q电缆或导线 q变压器接线类型和阻抗 q电源阻抗 17 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n当无载或线性负载时当无载或线性负载时, THD (U) 小于小于 4% n对于非线性负载对于非线性负载, 畸变主要依

11、赖畸变主要依赖: q采用技术 q网络情况 (*) : 不同类型产品有很大不同 n电源处谐波畸变一般不太突出电源处谐波畸变一般不太突出 谐波干扰谐波干扰 电力生产电力生产: 发电机和不间断电源发电机和不间断电源 Sn (kVA)5000 THD (U) 发电机5%3%1, 5% THD (U) UPS210.10.20.2100.20.30.2 190.81.21120.10.20.2 230.81.20.7120.10.20.2 250.81.20.7 250.2 +0.15 +0.1 + 畸变畸变 偶次偶次 次数次数次数 奇次奇次 非 3 的倍数 奇次奇次 3 的倍数 畸变 6 n 10 n

12、 2.5 n 工业应用工业应用 n第第2级级: 保留接受保留接受 当超过前面限制时, 供电部门通常在 接入点定义总谐波畸变。如果这些 等级被超过, 供电部门保留要求附加 补偿的权利。 n逐次畸变逐次畸变 n总畸变总畸变 qq低压低压 : 4% qq中压中压: 6% qq高压高压: 3% 标准和规定标准和规定 35 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n第三阶段第三阶段: 例外但仍有可能接受例外但仍有可能接受 当超出第二级而没有超过兼容性等级时, 由于其它用户不产生谐波, 则可以给予 例外接受。 工业应用工业应用 标准和规定标准和规定 36 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气

13、公司房地产客户部 n表格表格 抗干扰水平抗干扰水平 n目前无正式标准目前无正式标准, 但对项目但对项目: 77A (分委会分委会) 99 有低压装置有低压装置 抗干扰性一般性要求。抗干扰性一般性要求。 n第一级第二级 234 388 41.52 5910 60.82 789 80.82 92.54 100.82 1167 120.41.5 1356 Total THD12%16% 标准和规定标准和规定 37 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 1 - 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 目的目的 :掌握谐波对主要电气元件的掌握谐波对主要电气元件的 影响影响 38 施耐德

14、电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 敏感设备敏感设备 n电容器 n变压器 n电动机 n中性线电缆 n发电机 n集中远程控制系统 n可控整流器 nUPS 系统 n其它设备 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 39 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 XL w w X XL XC XC w w X XL = w w L = (2 p p f) L XC = - 1 1 w w C = - 1 1 (2p p f)C 如如 f 增加增加 如如 f 增加增加 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 40 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 XL

15、XC XL + Xc = 1 XL = Xc w w X fr LC w w r 2 =1 w w Z fr 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 41 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 XLXC w w X fr w w Z fr LC w w r 2 =1 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 42 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 网络模型的结构网络模型的结构 n三相网络的单线图三相网络的单线图 Ssc上级 变压器 Sn, Usc n谐波模型谐波模型 电子整流设备电容器电机, 电阻, 照明等 QCA N Ssc HV Ssc Tr NNN

16、Ih 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 43 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 w= 2p50网络角频率 SCCTR= = + SCCBT= 给定 LBT Q= Un2Cw给定 C P= 给定 R l1= 频谱: l3, l5, l7, .ln 计算模型计算模型 1 SCCBT Sn Usc 1 SCCTR 1 SCCHT Un2 LBTw Un2 R S 污染负载 (50 Hz) 3Un 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 44 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n放大系数放大系数FA 陷波电路阻抗陷波电路阻抗 FA= OB OA lZl

17、 Scc L Q C P Rlh Scp B A O A w w R 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 45 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n共振角频率共振角频率 n放大因数放大因数 n其它公式其它公式 陷波电路的特性陷波电路的特性 Ssc L Q C P Rlh Spl (Spl 是 S 污染负载) FA = R hR = FA = wR = 1 LC C L Ssc Q Ssc Q P 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 46 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 Q C lh 共振时发生了什么？共振时发生了什么？ lh - j F a

18、 lh j F a lh n谐振时谐振时, 存在存在: q负载产生的谐波电流 In q电容器中流过的谐波电流 FA x Ih q电源、变压器和中压网络的谐波电流 FA x Ih n结论结论: 电容器放大了污染源注入的谐波电流电容器放大了污染源注入的谐波电流 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 47 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 数值计算数值计算 n计算谐振次数计算谐振次数 BB Ssc = 20MVA BB Q= 400 kVAR n计算放大因数计算放大因数 BB Ssc = 20MVA BB Q= 400 kVAR BB P= 400kW h = = 50 =

19、7,1 Ssc Q FA = = = 50 Ssc.Q P FA = 7,1 20.106 x 400.103 400.103 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 48 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波电压源的激励谐波电压源的激励 n图形图形 n谐振谐振 n结论结论: 电容器放大已经存在于网络中的谐波电压。电容器放大已经存在于网络中的谐波电压。 k (w) k 50 Hzk wr w UHT UBT 变压器 (k 理论变比) C 电容器负载 UBT UHT = k x Fa 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 49 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司

20、房地产客户部 谐波次 数 电容器谐波阻抗电容器谐波阻抗 1 C w.h Z = 12345678910 h 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 50 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 电容器能承受的过载电容器能承受的过载 n标准标准 n中压: IEC 871 n低压: IEC 831 和 C 54 - 104 n电容器可接受电容器可接受: n1.1倍额定电压: - 中压 12h/24h - 低压 8h/24h n1.3倍连续额定电流 n两个条件不能同时存在两个条件不能同时存在 电容器组电容器组 v i v i 3 IRMS x URMS 1.3 Qn 谐波对电气设备的

21、影响谐波对电气设备的影响 51 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波对电容器的影响谐波对电容器的影响 n确定电容器耐受电压必须考虑谐波确定电容器耐受电压必须考虑谐波 n当总谐波电流畸变超过 83%, 电容器因谐波过载 会产生超过允许的温升 n准则准则: 不要把电容器连接到电压总谐波畸变超过 8% 的系统上。 非线性负载功率总和 / 变压器容量电容器 和 和 0.8 ln lpn q电子供电电源 l3 - 0.7l1 ln = 3 x 0.7l1 lpn = l12+ (0,7l1)2 1.7 ln lpn 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 59 施耐德电气公司房地

22、产客户部施耐德电气公司房地产客户部 IT = 1, 11 IF = 39 A 现场测量现场测量 IT = 8, 36 IF = 33, 4 A 相线电流总谐波畸变 A B 电流 电压 A B 电流 电压 中性线 电流总谐波畸变 *总谐波畸变总谐波畸变042,6 %*总谐波畸变总谐波畸变830,0 % HAR150750 Hz0000A001,12 %HAR150750 Hz0000A020,02 % HAR130650 Hz0000A001,12 %HAR130650 Hz0000A010,00 % HAR110550 Hz0001A003,37 %HAR110550 Hz0000A010,0

23、0 % HAR090450 Hz0000A002,24 %HAR090450 Hz0002A050,00 % HAR070350 Hz0003A010,11 %HAR070350 Hz0002A060,00 % HAR050250 Hz0009A026,96 %HAR050250 Hz0002A070,00 % HAR030150 Hz0011A031,46 %*HAR030150 Hz0033A830,00 % F0050 Hz0035A100,00 %*F0050 Hz0004A100,00 % 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 60 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产

24、客户部 二次谐波二次谐波 (3k-1) n n (3k-1) 次谐波形成反向次谐波形成反向 的三相系统的三相系统 (负序谐波负序谐波) q制动转矩制动转矩 I2 I3 H2 H1 I1 H1 H2 H1 H2 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 61 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 三次谐波三次谐波 (3k) n(3k) 次谐波形成纯次谐波形成纯零序零序系统系统 无转矩无转矩 I2 I3 H3 H1 I1 H1 H3 H1 H3 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 62 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 四次谐波四次谐波 (3k + 1)

25、n(3k+1) 次谐波形成正向的次谐波形成正向的 三相系统三相系统 (正序谐波正序谐波) 电动机电动机转矩转矩 I2 I3 H4 H1 I1 H1 H4 H1 H4 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 63 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 三相系统的谐波电流三相系统的谐波电流 负载 1 正向系统: 3k + 1= F (1)47101316192225 反向系统: 3k - 1=2581114172023 零序系统: 3k=36912151821 负载 2 负载 3 3 . Ih3k 3 . Ih3 IF IF Ih3 Ih5 Ih5 Ihn Ih (3k + 1)

26、 N 1 2 31 2 3 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 64 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波对谐波对异步电机异步电机的影响的影响 nIRMS I1 (产生有功转矩) 定子绕组附加温升 n变压器产生附加铁损 n正向或反向脉动转矩 电机效率下降 不正常振动 转子附加温升 过早老化 n简单规则简单规则 异步电机端子处电压畸变不超过 10% (IEC 38 导则 106) HVF = I1 定子绕组的附加温升 n附加铁损 n脉动转矩 电子励磁调节器误动 不正常振动 阻尼绕组的附加温升 过早老化 n简单规则简单规则 q发电机不要超过 20% 的非线性负载 q如果

27、非线性负载所占比例为 20 至 30%, 一些生产厂商声明应 降容 10% q超过这个数值, 则应把装置和它们吸收的电流实际频谱进行比 较分析 q各次谐波不应超过 5% (IEC - 34) IH IN 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 67 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 对其它设备的影响对其它设备的影响 n对交换机网络的污染影响 (参见标准 CC ITT) n报警装置误动 n采用非真实有效值测量导致脱扣器误动 n灵敏电子系统的误动 谐波对电气设备的影响谐波对电气设备的影响 68 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 5 - 1 解决方案解决方案

28、 目的目的 : 掌握电网谐波干扰掌握电网谐波干扰 的治理方案的治理方案 解决方案解决方案 69 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 可能的解决方案可能的解决方案 n降低谐波阻抗降低谐波阻抗 n对谐波进行失谐处理对谐波进行失谐处理 q安装谐波抑制电抗器 n用滤波器限制谐波用滤波器限制谐波 q并联谐振 q2 次谐波阻尼滤波器 q其它类型的滤波器 q有源滤波 n限制谐波限制谐波 n平滑电流平滑电流 解决方案解决方案 70 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波抑制电抗器谐波抑制电抗器 n目的目的: 调整电感 Lah 的值使注入电容器的高次谐波电流 因失谐而减少。

29、 n方案方案: 与电容器串联安装谐波抑制电抗器 n典型调谐频率典型调谐频率: q2.7 次谐波, 即 135 Hz, 假如首要谐波为 3 次的话 q3.8 次谐波, 即 190 Hz, 假如首要谐波为 5 或 5 次以上 (低压) q4.5 次谐波,即 225 Hz, 假如首要谐波为 5 次 或 5 次以上 (中压) n谐波电路频率调整为抗失谐频率 (最大等效阻抗) n调谐谐波抑制电抗器和电容支路的振荡频率为谐振频率 解决方案解决方案 71 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波抑制电抗器谐波抑制电抗器 (续续) 线1 n等效谐波电路等效谐波电路 n图 L C Lah r

30、R lh lZl f (Hz) 2f = 10% 最小 far fr R 解决方案解决方案 72 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 谐波滤波器谐波滤波器 n目的目的: q谐波滤波器回路发生串联谐振以减小电压畸变 n方案方案: q抑制电抗器和电容器串联回路调整至对谐波含量丰富的次 数发生谐振。 n典型调整频率典型调整频率 q250, 350, 550, 650 Hz (5, 7, 11 和 13次) q频率调整至谐振频率 (最小阻抗) q吸收电网中存在的谐波可能引起电容器的额外温升。 q次数为抗失谐频率的谐波必须尽可能滤去以免放大该频率 的畸变电压。 n不同类型的滤波器不同类

31、型的滤波器: q并联型 q阻尼型 q其它无源型 q有源型 解决方案解决方案 73 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 并联谐振并联谐振 n等效谐波电路等效谐波电路 n图图 (L = Lsc 电网 + Lsc 变压器) n结论结论: q必须检查以便失谐频率与谐波含量丰富的频率分开 q滤波频带宽度通常很窄, 故需要调整电感的值 q吸收电网中存在的谐波可能引起电容器的附加温升 lZl W R 线 1 线 2 - r far frf (Hz) 0 RlhL Lsr C r 解决方案解决方案 74 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 并联谐振并联谐振 n已存在谐波的吸

32、收已存在谐波的吸收 n供电电压质量的恶化可能导致并联滤波器过载供电电压质量的恶化可能导致并联滤波器过载 Ic = IRh2 + Ih2 +. 无载谐波电压 测量 带载谐波电流 测量 频率 h 时短路 Lsc wh IRh Ih URh Lsr C 解决方案解决方案 75 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 阻尼滤波器阻尼滤波器 (高通高通) n等效滤波电路等效滤波电路 (l = Lsc 电网 + Lsc 变压器) n图形图形 Rlh L LFa C r RFa 带并联谐振 2 次阻尼滤 波器 线 1 线 2 解决方案解决方案 76 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地

33、产客户部 改变电网结构实现低敏感改变电网结构实现低敏感 n网络没有进行预先考虑网络没有进行预先考虑 n不敏感网络不敏感网络 MV 网络(1% 畸变) 网络 ALV网络 BLV (5 8% 畸变) lhlh MV 网络(1% 畸变) 网络 ALV (1%畸变)网络 BBT (8 - 10% 畸变) lhlh MV 电容器A 对谐波敏感设备 敏感负载不敏感负载 解决方案解决方案 77 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 : 电压总谐波畸 变 A : 敏感负载 : 污染负载 如何给敏感负载供电如何给敏感负载供电 辐射型电网优于串联型辐射型电网优于串联型 电气计算图AAA lh1 L

34、w1 2 Lw2 3 T1 4 network Lw1Lw2 13 2 2 5 T1 4 # 4 T2 5 4 3 2 1.6%) 20 KV Psc = 120 MVA 400 V THDU = 16% (8%) EDF 93 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n建议用户采用方式建议用户采用方式 180 kW180 kW MM 630 kVA Usc 6% 20 KV Psc = 120 MVA THDU = 0.8% / 1% EDF 线性负载和 敏感负载 变频器供电变频器供电 630 kVA Usc 6% 630 kVA Usc 6% Dyn 11 THDI = 79

35、% THDU = 12% DD0 THDI = 79% THDU = 12% THDU 4% 94 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 6 - 2 UPS 95 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n存在装置：存在装置： q研究目的： 符合标准规定的 8% n 频谱频谱 高层建筑物上安装的高层建筑物上安装的 UPS 系统系统 65 35 25 15 5 0.00 5 10 15 20 25 传统 UPS 200 kVA 400 V 50 mm2 60 米 TNC S 中线 = S 相线 60 kVA 96 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部

36、 传统 UPS 200 kVA 400 V THDU = 9.4% THDV = 12.26% 50 mm2 60 米 S 中线 = S 相线 THDU = 10.44% THDV = 15.84% THDI = 79% 60 kVA 高层建筑物上安装的高层建筑物上安装的 UPS 系统系统 n结果分析结果分析 97 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 带波形补偿的带波形补偿的 UPS 200 kVA 400 V 50 mm2 60 米 TNC S 中线 = S 相线 60 kVA 高层建筑物上安装的高层建筑物上安装的 UPS 系统系统 n建议的解决方案建议的解决方案: q采用

37、 MLI UPS 升级 THDU = 4.22% THDV = 6.3% THDU = 5.6% THDV = 10.7% 98 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 UPS 100 kVA 高层建筑物上安装的高层建筑物上安装的 UPS 系统系统 THDU = 2.6% THDV = 6.5% Dyn 100 kVA Usc 6% THDU = 5.3% THDV = 6% n优化解决方案优化解决方案 q谐波 由于采用 D / 耦合抑制 PC 支路的谐波 Y 50 mm2 60 米 TNC S 中线 = S 相线 30 kVA30 kVA THDU = 2.1% THDV =

38、4.4% THDI = 33.7% 99 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 UPS 100 kVA 高层建筑物上安装的高层建筑物上安装的 UPS 系统系统 n有源补偿装置的另一种解决方案有源补偿装置的另一种解决方案 Thdu 和 v 4% 50 mm2 60 米 TNC S 中线 = S 相线 Thdu 和 v 4% 60 kVA AC 30 A 100 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 6 - 4 功率补偿功率补偿 目的目的: 通过施耐德开发的通过施耐德开发的 “谐谐 波波”软件对实例进行研究软件对实例进行研究 101 施耐德电气公司房地产客户部施耐德

39、电气公司房地产客户部 无功功率补偿无功功率补偿 n电路图电路图 荧光灯 100 kA 3 x 120 mm2 50 m 半中线 3 x 150 mm2 Cu 60 m 20 kV 90 MVA 400 kV A/Usc = 4% EdF M 400 V Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3% 102 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 无功功率补偿无功功率补偿 n电路图电路图 荧光灯 100 kVA 3 x 120 mm2 50 m 半中线 THDU = 6% 3 x 150 mm2 Cu 60 m THDU = 7.6% 20

40、 kV 90 MVA THDU = 0.6% 400 kV A/Usc = 4% EdF M 400 V Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3% 103 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电路图电路图 荧光灯 100 kVA 3 x 120 mm2 50 m 半中线 THDU = 9% 3 x 150 mm2 Cu 60 m THDU = 10.5% 20 kV 90 MVA THDU = 0.9% 400 kV A/Usc = 4% EdF M 400 V Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% I

41、h13 = 1.3% 无功功率补偿无功功率补偿 THDU = 9.4% 60 kVAR 104 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电路图电路图 荧光灯 100 kVA 3 x 120 mm2 50 m 半中线 400 V 1000 kV A X”d = 12% 1000 kV A/Usc = 5% 20kV 400 kV A/Usc = 4% EJP M 400 V Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3% 无功功率补偿无功功率补偿 60 kVAR n7.2 次谐振次谐振 3 x 150 mm2 Cu 60 m 105 施耐德

42、电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电路图电路图 荧光灯 100 kVA 3 x 120 mm2 50 m 半中线 400 V 1000 kV A X”d = 12% 1000 kV A/Usc = 5% 20kV 400 kV A/Usc = 4% EJP M 400 V Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3% 无功功率补偿无功功率补偿 60 kVAR n总谐波畸变太大总谐波畸变太大 THDU = 16.6% 3 x 150 mm2 Cu 60 m 106 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n电路图电路图 荧光

43、灯 100 kVA 3 x 120 mm2 50 m 半中线 400 V 1000 kV A X”d = 12% 1000 kV A/Usc = 5% 20kV 400 kV A/Usc = 4% EJP M 400 V Ih5 = 55% Ih7 = 30% Ih11 = 4.5% Ih13 = 1.3% 无功功率补偿无功功率补偿 60 Kvar Lah THDU = 10% 3 x 150 mm2 Cu 60 m 107 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 6 - 5 足球场照明足球场照明 目的目的: 通过施耐德开发的通过施耐德开发的 “谐波谐波” 软件对实例进行研究软件

44、对实例进行研究 108 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 足球场照明足球场照明 n布局图布局图 q21 h 44 q21 h 45 q照明故障： 草地上比赛停止。 主队 3 客队 0 109 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 足球场照明足球场照明 40 至 100 MA n4 极极 每极每极 6 个灯个灯 n接线图接线图 EDF 20 kV 400 V 400 kVA Usc = 4% 224 mF 30 mH 30 W 110 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 h 极数 35711 112.9%35.1%9.6%13.9% 213.

45、1%42.3%19%2.7% 312.8%56.1%15.6%1.5% 413.1%79.6%10.4%1% 足球场照明足球场照明 n分析结果分析结果 111 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 极数1234 FR (Hz)608430351304 足球场照明足球场照明 n简化谐波电路图简化谐波电路图 eh 4% h5 2% h7 51 mHn x 1344 mF 112 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 足球场照明足球场照明 40 至 100 MA n4 极极 每极每极 6 个灯个灯 n解决方案的选择解决方案的选择 EDF 20 kV 400 V 400 kVA Usc = 4% 224 mF 30 mH 30 W n设置谐振频率与严重恶化电压的谐波电压频率相同设置谐振频率与严重恶化电压的谐波电压频率相同 Lah 113 施耐德电气公司房地产客户部施耐德电气公司房地产客户部 n间谐波间谐波 正弦分量不是基波频率的整数倍。 n次谐波次谐波 谐波分量频率低于基波频率 这两类干扰是由各种设备吸收的