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消除高次谐波对电网的影响
作者:本站  来源:网络  发布时间:2006-9-24 8:36:49  发布人:admin

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摘要:针对目前一些大工厂高压用户,特别是使用直流电机的轧钢企业,通过可控硅整流设备整流后,由于整流脉冲周期性关断和导通的特性,对于6脉冲整流回路,产生6n±1(n=1,2……)次高次谐波。这些高次谐波电流流向电网,会严重的影响电网的质量。如果我们合理的设计选择交流滤波装置,就可以很好地滤掉高次谐波电压,以减少对电力网的影响,提高功率因数,降低谐波损耗。
关键词:高次谐波 交流滤波装置 功率因数 电力网
1 前言

  随着现代化建设的迅猛发展,特别是钢铁、电气化铁路等所用的直流设备,三相对称的交流系统经过可控硅整流设备整流后,就会产生高次谐波,增加谐波损耗,降低功率因数。对电力网有很大的危害,它不仅影响电网的质量,而且还对电网的可靠性有很大的影响,严重时造成继电保护误动,烧毁微机保护线路板、数字电度表及其它微机装置。在一个用户变电站安装并联电容器来提高功率因数,同时安装交流滤波装置可以消除高次谐波。本文主要就消除高次谐波,合理的选择交流滤波器进行理论计算和讨论。

2 高次谐波的产生

  可控硅整流设备、整流装置及电弧炉是产生高次谐波电流的主要来源。下面是一个变电站没有安装交流滤波装置前实测的高次谐波电流值:I5=54A

3 单调谐滤波器运行动态分析

  不考虑电力系统电阻分量的滤波器典型电路图分析:
   In:用电设备产生的n次谐波电流(电流源)(A);
Inx:流入电力系统的n次谐波电流(A);
InL:流入滤波器的n次谐波电流(A);
   jωL:电力系统谐波电抗,其值决定于该点三相短路容量,并正比于谐波次数(Ω);
jωL1:滤波器回路中电抗器的谐波电抗(Ω);1/jωC:滤波器回路中电容器的谐波电抗(Ω);
   R:滤波器回路之电阻,其值大小影响滤波器的品质因数q=ωL1/R,它是滤波回路连线电阻及人为串入的电阻之和。R值增大,品质因数q降低,回路有功损耗变大,但有利于滤波器的安全运行。工程设计中应该设法不串入电阻,利用滤波器本身电阻的大小来改变品质因数的好坏,这样可以使滤波器的接线简单并有较好的滤波效果。


3.1 电压谐振

如图1回路阻抗为: 
 
式中:ω—谐振角频率;
n—谐波次数
   当Zn的虚部为零时,产生串联谐振。此时滤波器工作在理想状态,设计滤波器以此为基础,考虑安全运行加以调整滤波器参数。

3.2 电流谐振

如图2,回路阻抗为:

当Zn的虚部为零时,产生并联谐振,此时Zn为纯电阻性,而且其值为最大,作为工程计算可以按Zn最大时产生电流谐振计算谐振频率。

   由上述计算得出并联谐振角频率和回路参数的关系式,当R=0时,ω=1/最大,谐振电压最大,则谐波电流被放大,滤波器失调;当R变大时。W变小,损耗也随之变大,滤波效果不好;当R为无穷大时,相当未投入滤波器,谐波电流全部流入系统。因此,靠改变R值的大小设计的滤波器不是理想的滤波器。下面一组曲线可以说明,见图3。
   由于电力系统频率的变化、环境温度的变化等因数,滤波器的谐振频率也随之变化。当选择的品质因数较大时,就很容易发生并联谐振。为了提高滤波效果,避免发生并联谐振,减少基波和谐波损耗,我们设计为全偏移谐振滤波器,如图4,就是人为的把电压谐振点选择在-δM处。



4 全偏移滤波器的设计

4.1 等值频率偏移 


其中:电网频率变化产生的偏移:δf=Δf/f,Δf-电网频率偏移,f=50Hz
环境温度变化引起电容器电容量变化产生的偏移:
δc=aΔt/2
a—为电容器温度系数;

的电抗量标么值;
.测量误差δm=±0.002~±0.005

4.2 计算C、L及RLn RCn

·计算品质因数: ,其中ø为电力系统谐波阻抗角,一般φ=85°。
   ·电容器承受的基波电压:

   XC—电容器的基波容抗;UCN—电容器的额定电压;λ—峰值谐波过电压系数;In—n次谐波电流;Kfn—n次谐波放大系数;n—谐波次数。

   ·电抗器的电抗为:L=XL/2πf(6)

4.3 滤波电容器的校验

  
Kfn—谐波放大系数,按极限值考虑Kfn=1

5 设计实例

唐山地区一座110KV用户变电站,是使用直流电机的轧钢企业,通过可控硅整流设备整流后,主要是5次谐波。其参数如下:
5次谐波电流为I5=54A,10KV母线路容量为
按电网低频减载保护动作值为49.5Hz计算。 



7 结论

  对于使用直流电机的轧钢企业,通过可控硅整流设备整流后产生的高次谐波,其主要为5次谐波。按上述设计的滤波器装置可以很好的滤掉高次谐波。提高功率因数,降低无功损耗。而设计滤波器的关键是选择合理的RLn值。

参考文献
[1] 陈延镖.钢铁企业电力设计手册[J].冶金工业出版社,1996.
[2] 卓乐友.电力工程电气设计手册[J].中国电力出版社,1996.
[3] 吴竟昌.供电系统谐波[J].1998. <--参考文献CH(结束)←
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