冶金的谐波概况

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　　配电网中整流器、变频调速装置、中频炉、以及各种电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性和不平衡的用电特性，产生了谐波。由于谐波的频率较高，使导线的趋肤效应加重，因此铜损急剧增加，谐波会导致继电保护和自动装置的误动作。现代工业、特别是精密机械加工设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。工厂内部的谐波问题应该受到广泛重视。
2 谐波治理的方法
　　谐波的治理方法有三种，分别为无源滤波器法、有源滤波器法、混合型滤波器法。下面就以上三种治理方法做简单介绍。
　　2.1 无源滤波器器
　　采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措。
　　无源滤波器对某一频率的谐波呈低阻抗，与电网阻抗形式成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器。
　　由于无源滤波具有投资少、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但是滤波特性受系统参数的影响较大：只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用。
　　2.2 有源滤波器
　　由于无源滤波具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，其具体特点如下:滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险：具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。但有源电力滤波器的成本较高，这一点是限制其推广使用的关键。
　　有源电力滤波器工作
　　通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，最终获得期望的电源电流。
　　电网侧的谐波电流可以写为:
　　2.3 混合型滤波器
　　混合型滤波器其基本思想是利用LC滤波器来分担电力有源滤波器的部分补偿任务。由于LC滤波器与电力有源滤波器相比，其优点在于结构简单、易实现且成本低，而电力有源滤波器的优点是补偿性能好。二者结合同时使用，既可克服电力有源滤波器容量大、成本高的缺点，又可使整个系统获得良好的性能。
　　目前用于低压侧的混合型滤波器
　　电力有源滤波器与LC滤波器均与谐波源并联接入电网，二者共同承担补偿谐波的任务。其中LC滤波器包括多组单调谐滤波器及高通滤波器，承担了绝大部分补偿谐波和无功的任务。电力有源滤波器的作用是改善整个系统的性能，其所需的容量与单独使用方式相比可大幅度降低。
　　从理论上讲，凡使用LC滤波器均存在与电网阻抗发生谐振的可能，因此需对电力有源滤波器进行有效的控制，以抑制可能发生的谐振。
3 现场测试相关
　　3.1 测试概况
　　为了查明1.5T中频电炉非线性负荷的谐波污染情况，为谐波治理及无功补偿提供依据，我们现场进行了谐波测试。系统为10kV配电线路供电，与中频电炉配套的配电变压器的主要有关参数如下:型号为ZS1500/10，额定电压10kV±5%/750V，10kV侧额定电流为86.6A，短路阻抗6.15%。测试了炼一炉钢的过程中产生的谐波电流。
　　3.2 测试依据:国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》：
　　3.3 现场测试结果及分析
　　测试时间2009年5月8日20:45
　　测试点:变压器低压出线侧，开关柜总断路器出线端。
　　现场情况:由变压器引出2组母排，分别进入2个开关柜，然后合并再进行"：交-直"：整流。测试过程中，最大输出功率大约1250KW，最大总电流大约720A，电压576V，电流总畸变率大约为28%，电压总畸变率大约为14%。测试发现2个开关柜的情况几乎相等。每个开关柜下各相也几乎相等。
　下面有1#开关柜测量数据
　　3.4 测试结论
　　根据以上数据分析，存在较大的无功，且在变压器低压侧电流总畸变率(THD)大约为28%，超过了国标要求。中频电炉在运行时注入电网的谐波电流超标。因此，可以在谐波源就地采取抑制谐波的措施。
4 治理方案
　　根据现场数据分析，存在较大的无功，因此从性价比最优的角度考虑，拟采用混合型滤波器对现场的无功和谐波进行补偿。结构如图4.1所示:
　　上述方案中，无源滤波器主要用于滤除含量较高的5次和7次谐波，同时用于补偿无功，而有源滤波器则用于滤除高次分数谐波，同时起到抑制谐振的作用。
　　假设补偿的目标功率因数cosφ2=0.96，则:
　　需要补偿的基波无功功率QC=βav Pc(tanφ1 -tanφ2)
　　其中c—最大有功计算负载 (kW)：
　　βav—平均负载率，一般可取 0.7 ～ 0.8：
　　φ1—补偿前的功率因数角， cosφ1=0.86：
　　φ2—补偿后的功率因数角，cosφ2=0.96：
　　取表3.1数据计算得知QC =296 kvar(三相)
　　无源滤波器设计为两组单调谐波滤波器，设计容量为 330 kvar(三相)，用于补偿无功和5次7次谐波。
　　有源滤波器设计为并联型有源滤波器，容量由SA =3EICh确定
　　其中E—电压有效值
　　ICh—谐波电流有效值
　　取表3.2数据计算得知SA =86.4kVA(三相)，选用100kVA，用于抑制消除11-25次谐波。
　　根据这些数据进行滤波器的容量进行选型，上述方案的特点:采用并联补偿方案，系统作为整体并联接入电网，硬件电路简单，便于现场安装：变压器出线端进行集中补偿，采用混合型滤波方案，主要次谐波由无源滤波器滤除，降低了有源滤波器的容量，减少系统成本：有源的控制部分补偿电流实时跟随其指令电流信号的变化，为闭环控制。

daydayup100

楼主介绍的不错，谢谢楼主分享！