电力谐波的抑制与抑制

电力谐波的抑制与抑制

众所周知，声波对电气系统的破坏是众所周知的。国家为保证电能质量,对谐波源向系统注入点处的谐波电压、电流限制值作出了具体的规定。颁发了《电能质量、公用电网谐波》标准。因此,全国各行各业对用电质量都非常重视,谐波超标的企业纷纷上滤波装置,抑制谐波的方法可分为两大类:⑴补偿的方法,设置LC滤波器。⑵改造谐波源的方法:一是设法提高电力系统中主要的谐波源即整流装置的相数;二是采用高功率因数整流器。本文就补偿的方法,设置LC滤波器进行探讨,LC滤波器通常分为单调谐滤波器和高通滤波器。单调谐滤波器已经有许多论文对此进行了介绍和总结。而且是最常用的,单对多个高次谐波而言,高通滤波器就显得更为重要。高通滤波器也称为减幅滤波器。通常分为四种型式:一阶,二阶,三阶和C型四种,现就最常用的二阶高通滤波器进行讨论。1yhp—ZHP和YHP计算式二阶高通滤波器接线如图1所示。它是一个带阻尼的宽频带滤波器,其阻抗受频率变化的影响很小,也不灵敏,但损耗较单调谐滤波器大。高通滤波器的阻抗表达式为:ΖΗΡ=R(1-ω2LC)+jωL-ω2LC+jωCR⑴式中:ZHP——高通滤波器的阻抗;YHP——ZHP的倒数为了简化运算,通常采用单调谐滤波器的运算公式,即ω0=1√LCX0=ω0L=1ω0C=√LC⑵式中:L——滤波器的电感;C——滤波器的电容但品质因数除外,即q=Rω0L为单调谐滤波器品质因数的倒数,一般取1～5。R—滤波器的电阻令a=ff0=ωω0=nn0式中:f、ω、n——任意谐波的频率、角频率、谐波次数;f0、ω0、n0—特征谐波的频率、角频率、谐波次数。则高通滤波器的阻抗公式可写成ΖΗΡ=X0a2q+j(aq2-a-q2a)a2+q2⑶或ΖΗΡ=X0a2qa2+q2[1+j(qa-a2+qa3q)]⑷其导纳公式为:ΖΗΡ=1ΖΗΡ=a2X0[a2q+j(aq2-a-q2a)a4q2+a2+q2-2a2q2]⑸2电压谐振时药代动力学参数当电压谐振时,式⑶的数部分等于零,则电压谐振点为af=q√q2-1⑹电压谐振点的谐波次数为:nf=afn0=n0q√q2-1从上式可知,在高通的电压谐振点nf总是大于n0,电压谐振时高通阻抗为纯电阻,即ΖΗΡ(RES)=X0a2fqa2f+q2=X0q其阻抗频率特性如图2所示。如果频率偏离电压谐振点当af＞q√q2-1‚ΖΗΡ为感性阻抗;af＜q√q2-1,ΖΗΡ为容性阻抗。3阻抗角的推导当滤波回路阻抗ZHP呈容性时,则流入滤波器的谐波电流便被放大,此时Κfn=ΙΗΡnΙn＞1从式⑶,可得电流谐振时的Kfn为:|Κfn|=√1+(qa+a2+q2a3q)2⑺高通的阻抗角为:φf=tg-1(qa-a2+q2q3q)当q=1时,|Κfn|=√1+1a6=√1+(n0n)6,此时φf=tg-1(-n0n)3‚φf为负值,表示为容性阻抗角。考虑到系统谐波电阻的阻尼作用,则电流谐振时的Kfn为:Κfn=1sin(φf+φs)此时φf应取正值,式中φs为电力系统谐波阻抗角。上式的推导,是从系统谐波与滤波器谐波两个导纳的轨迹采用反演法迭加所得。当不考虑系统谐波电阻的阻尼作用时,取φs=90°,此时Κfn=1sinφf以上两个Kfn公式均适用于单调谐和二阶高通滤波器。4q值的选择22由式⑶求出nmin,其推导过程如下:ΖΗΡ=X0a2q+j(aq2-a-q2aa2+q2Ζ2ΗΡ=X20[(a2a2+q2)2q2+1a2(a2q2a2+q2-1)2]⑻令a2a2+q2=x则a2(1-x)=xq2⑼代入式1-2得:Ζ2hp=X20[x2q2+1-xxq2(xq2-1)2]=X20[xq2-2(1-x)+1-xxq2]⑽令∂(Ζ2ΗΡ)∂X=0得q2+2+-xq2-(1-x)q2x2q2=0解之得x=1q2√q2+2代入式⑼:a2=xq21-x=q2q√q2+2-1a=aΖmin=q√q√q2+-1则nΖmin=qn0√q√q2+-1⑾求ZHPMIN的目的是为了选择适当的n0以提高滤波效果。af和azmin与q值的关系列于表1。由表1可知当q=1时,ZHPMIN的谐波次数为:nzmin=azminn0=qn0√q√q2+2-1=n0√√3-1=1.17n0当q=2及以上,azmin接近于1,即nzmin≅n0。因此高通n0的选择方为:a.补偿容量较大,并有13次以下谐波的单调谐滤波器,可取q=1。⑴当主要谐波对象为I17(6脉动变流器)宜选n0=14,因为nzmin=1.17×14=16.7接近17。⑵当主要谐波对象为I23(12脉动变流器)宜选n0=17。nzmin=17×1.17=19.9,如选n0=19,nzmin=22.2。但对于I17的Kfn=1.72较大,故选n0=17较好。b.补偿容量不太大的滤波器。⑴滤波器对象为I13及以上,宜选n0=13较好。⑵滤波器对象为I11及以上,宜选n0=11较好。5q2-1xsn基波的n=1,故a=1n0,代入式⑶可得:ΖΗΡ-1=X0q+jn0[q2-(1+n20q2)]1+n20q2YΗΡ-1=1ΖΗΡ-1=q+jn0[(1+n20q2)-q2]X0[q2(1-n20)+n20]=G1+jB1Y∑=Ysn+YΗΡ=a2X0[a2qa4q2+a2+q2-2a2q2]+j[a2X0(a+q2a-aq2)a4q2+a2+q2-2a2q2-1Xsn]⑿设计可取上式中的∑B=0,此时Y∑最小,求得的DFn为最大值。其中:Ysn=1Ζsn=-j1Xsn(忽略Rsn)高通的导纳为YΗΡ=a2X0[a2q+j(a+q2a-aq2)a4q2+a2+q2-2a2q2]故YΗΡ=1X0[a4qa4q2+a2+q2-2q2q2]DFn=ΙnX0U1(a4q2+q2+q2-2a2q2a4q)⒀上式适用于ZHP-n为容性阻抗的谐波次数,即n<nf。将式⒃代入式⒀得DFn与QHP-1的关系公式为:DFn=ΙnU1QΗΡ-1(a4q2+a2+q2-2a2q2a2q)×n0[(1+n20q2)-q2]q2(n20-1)2+n20⒁当n20>>1,且q>>1时,则上式可写成:DFn=ΙnU1n0qQΗΡ-1×[1a4(a4q2+a2+q2-2a2q2)]⒂式中:G1=qX0[q2(1-n02)+n02]B1=n0[(1+n02q2)-q2]X0[q2(1-n02)2+n02]因而高通滤波器每相输出的基波无功功率为:QΗΡ-1=U12B1=U12n0[(1+n02q2)-q2]X0q2(1-n02)2+n02⒃如果高通滤波器的n02>>1,且q>>1时,则上式可写成:QΗΡ-1≅U12n0X0=U12Xc1⒄6近似值某总降变电所主变压器为有载自动调压,在10kV母线上已设有全偏谐振式的H5,H7,H11,H13单调谐滤波器,各次谐波电流发生量见表2。已知SΚ(3)=590MVA。设计一组无功补偿容量QΗΡ-1(3)=2000kvar,q=1的二阶高通滤波器。⑴求XC1和Rfn。因I23>I17,故选取n0=17QΗΡ-1=20003=667kvarn02=172=289＞＞1,故由式⒄得XC1=U12QΗΡ-1=(103×103)2667×103=50ΩX0=XC1n0=5017=2.94ΩRfn=qX0=2.94Ω⑵求DF23、DF25、DF35近似值。由于I23、I25、I35谐波电流的数值较大,将q=1‚n0=17,QΗΡ-1=667×103var‚U1=103×103v,代入式1-8,则DFn=5.092×10-4Ιna4-a2+1a4当n=23、a=2317、Ι23=55ADF23=5.092×10-4×55×(2317)4-(2317)2+1(2317)4=0.0211DFG=2.11%当n=25、a=2517、Ι23=48ADF25=5.092×10-4×48×(2517)4-(2517)2+1(2517)4=0.0184DFG=1.84%当n=35、a=3517、Ι23=27ADF35=5.092×10-4×27×(3517)4-(3517)2+1(3517)4=0.0113DFG=1.13%从以上算出的DF23、DF25、DF35近似值可以满足规定的∑DFn要求。⑶q=1的二阶高通额定电压UCN的选择。一般UCN应稍大于UC1,UCN=(1～1.05)Uc1,因为∑Qcn相当小,而UC1应考虑母线电压变化情况视无功需要而定。则UC1=172172-1×5.77=5.793kVUCN=1.03×5.793=5.97kV7通气滤波器结构理论⑴高通滤波器是谐波治理中必不可少的一种滤波器。主要滤13次以上的谐波。高通滤波器最大特点为对低于某次谐波频率,滤波