II. 为了节省原材料
III. 电弧炉用户的增多及其容量增大 可见 由于非线性用户的不断增多和容量增大 使系统谐波水平日益上升 成 为相当严重的问题 4) 谐波电流源 系统电压基本不变 谐波源负荷通过向系统取得一定的电流作功 该电流不因系统 外界条件和运行方式而改变 而谐波源固有的非线性特性决定了电流波形的畸变 其产生 的谐波电流与基波电流具有一定的比例 因此非线性负荷为谐波电流源 向系统注入一定 量的谐波电流 谐波电流源在电力系统中一般可按恒流源对待 5 谐波电压
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220KV 向 110KV 电网的谐波电压传递量为 THDU=0.8% HRUh 奇次 =0.6% HRUh 偶次 =0.3%
110KV 及以下电网 取传递系数 Th 上下=0.8 则把各级电网的 THDU 和 HRUh 允许值乘以 0.8 便得到传递到下级电网的传递量 II. 各级用户在本级电网上产生的谐波电压允许值 利用叠加估计式 压 2 把本级电网的谐波电压允许值扣除上级电网传递下来的谐波电 用以计算谐波电流允许值
UN SK
KV MVA
0.38 10
6 100
10 100
35 250
66 500
110 750
II. 三类谐波电流不同的限制方案 谐波电流需要进一步限制的原因 各级电网 HRUh 允许值是分奇 偶两类直接按 THDU 允许值的 80%和 40%取值 不能 依此作为 Ih 限制的依据 因此没有受到 THDU 允许值的制约
a a a Uh = K Uh 1 + U h 2 + ..... + U hi + .....
(
)
1
a
式中
K
常数
当估计值选用 95
不超过概率时
K
1
a----h a 3 1 5 1 7 1 11 1.4 13 1.4 >13 2
2
国际估计式 两个叠加时 用下式估计
以谐波电压为例
2 2 Uh = Uh 1 + U h 2 + K hU h1U h 2
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步电动机
谐波电流使定子绕组产生附加铜损耗 形成过热而烧毁 II. 使变压器和线路产生谐波附加损耗 引起网损增大 谐波网损 还引起变
压器的振动和噪声 在发生系统谐波谐振或谐波放大的情况下 谐波网损可以达到相当大 的程度 III. 在系统电容和电感的配合下 对于注入相应于其谐振频率的谐波所激励 产生谐波谐振和谐波放大 从而引起电容补偿装置中的电容器和串联电抗损坏 也会使电 力电缆击穿 以及如干扰保护 增大网损等 主要有
2) 谐波产生的根本原因是系统中某些设备和负荷的非线性特性 即所加电压与产 生电流不成线性 正比 关系 而造成的波表畸变 当系统的正弦波形电压施加其上时 产生的电流为非正弦波 波形的畸变 产生了谐波 用付里叶级数的方法分解 而频率为基波频率整数倍 大
一个非正弦 周期性的电气量 电压 电流 磁通等 得到频率与原波形工频相同的正弦波分量称为基波 分量 于1 2 的正弦波分量称为谐波 正弦波形畸变指标 1) 谐波含有率 电压 HRU h 电流 HR Uh × 100% U1 分量
a) 大同二电厂 200MW 发电机跳闸
b) 河南电网 220KV 计驻线跳闸 驻马店 信阳地区大面积停电事故 山西 晋东南电网瓦解 此外 二 谐波标准 大面积停电事故 谐波还影响电度计量 通讯干扰等 限值部分
1 制订目的和基本原则 1) 制订目的 I. 保证电能质量 II. 防止谐波危害 2 基本原则 I. 把电网中的 THDu 和 HRUh 控制在允许范围内 以保证电能质量及电网和用 户的安全 经济运行
2
Ih × 100% I1 总谐波畸变率 THD HRI h
电压 THDU = 电流 THDi =
∑U
h 〉1
2 h
U1
× 100% =
∑ ( HRU
h 〉1
h
)2
∑I
h 〉1
2 h
I1
× 100% =
∑ ( HRI
h 〉1
h
)2
由于电流变化较大
谐波电流还用有名值 Ih 表示 就是合理确定公用电网中上列指标的允许值
谐波标准的一项基本内容
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3
谐波源 1) 造成系经正弦波形的畸变 产生高次谐波的设备和负荷 称为谐波源 一切非
线性的设备和负荷都是谐波源 2) 当前 谐波源的非线特性主要有三大类
I. 铁磁饱和型 如变压器 电抗器等铁芯设备的激磁电流 波形与横轴成镜 对称 主要谐波为 3 5 7次 如整流器 逆变器等各种电力电子设备 其交流侧电流波形
两种估计式的比较
Kh 取上表的中间值 Kh=1 3
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国际估计式的合成谐波较上列推荐式的估计值为小 即合成谐波一定时 国际 估计式对 Uh1 和 Uh2 的限制稍宽 3 低压电网的 THDu 允许值 低压电网上接有大量低压供电的用户 保证电能质量 首先应保证低压用户的安 全 经济运行 确定低压电网 THDu 允许值是确定中 高压各级电网谐波电压允许 值的基础 1 国外标准调研
各类 Ih 的特性不同 对电网及用户的影响 以及在电网中存在的实际状况也不同 因此 按三类谐波电流采用不同的限制方案
第一类 h=6k 1 次 用户谐波源大量产生的电流 p=6 p=12 整流器的特征谐 波电流 不再作进一步的限制
2 a U2 h下允 = U h下 + U h上允 +K h U h 下 U h 上允
用于 THDu: (THDu 下允) =
2
THDu 下
2
2
+ THDu 上允
2
+
THDu 下
2
THDu 上允
THDU下允 THDU下 =1+ 即 THD THDU上允 U上允
THDU下 + THD U上允
各级电网的 THDu 大致范围 低压电网 1KV THDu=4%~5% THDu=1.5%~5% THDu=1%~5% 根据下列各项要求 确定 THDu=5%
中压电网 2.4~72KV 高压电网 84KV 及以上 2 国标 380V 电网
I. 低压异步电动机对供电电压谐波的要求 II.低压电容器对电网谐波电压的要求 III. 计算机对供电电源谐波的要求 IV.保护及运动装置对供电电源谐波的要求 V. 向国际标准靠拢 4 加强国际技术 经济合作的要求
a
]
1
a
=U h下允
式中 Uh 上允 Uh 下允为上级和下级电网谐波电压允许值 Uh 下为下级电网谐波源在下 级电网上产生的谐波电压 Th 上下为上级电网对下级电网的谐波电压传递系数 可 取 Th 上下=1 II. 国际具体式 国际的叠加估计式如下 Th 上下=1

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电能质量 公用电网谐波
山西省电科院 吕润馀 教授级高工
一
概述
制订谐波标准的基本概念和前提
1 谐波的产生 1) 电力系统的工频电源主要为发电厂中的同步发电机 由于采取了一系列削弱高 次谐波的措施 其产生的谐波电势极为微小 与日益增长的系统谐波水平相比 可以忽略 不计 因此可以认为电力系统的电源是频率为工频 波形为正弦波 三相对称的电压源 是系统中一切工频电能 电功率 的来源
IV. 对继电保护和自动装置产生干扰 引起误动
谐波在正序 基波 量的基础上产生的干 扰 如果电容补偿装置的过电流保护 产生干扰 引起跳闸 谐波在负序 基波 量的基础上产生的干扰 如对各种以负序滤过 器为启动元件的保护和自动装置的干扰 引起频率误动 a) 发电机的负序电流保护误动 b) 变压站主变压器的复合电压启动过电流保护装置的负序电压启动元件 误动 c) 母线差动保护的负序电压闭锁元件误动 d) 线路各型距离保护的负序启动振荡闭锁装置误动 e) 线路相差高频保护误动 f) 故障录波器误动 V 谐波引发系统事故 如谐波对保护干扰 引起 使北京大面积停电事故 计有
谐波源注入系统的谐波电流 在系统阻抗上产生相应的谐波压降 便形成系统内部 的谐波电压 6 使 原有的正弦波电压产生畸变
谐波的主要危害和影响 I. 使旋转电机转子铁芯及定子绕级产生谐波附加损耗 引起发热 并使机组
产生振动和噪声 对于同步发电机 流入定子绕组的谐波电流 将使 转子铁芯 套箍 槽锲 汽轮发电机 以及转子上的阻尼绕组 水轮发电机 产生局部过热而损坏 对于异
式中 h
Kh---3 5 7 11 13 9, >13,偶 次
Kh
1.62
1.28
0.72
0.18
0.08
0
多个谐波叠加时 谐波总量叠加 IH
按两两叠加 仍用上式 如谐波电流如下式
2 2 IH IH I H1 ⋅ I H 2 1 2
总谐波畸变率的叠加 THDU
如下式
(THDu1 )2 + (THDU 2 )2 + (THDU 1 )(THDU 2 )
确定右式的比值后 即可由低压电网 THDu 下允=5%开始 逐级求得上一级电网的 THDu 上允 THDU下 THDU上允 该比值为 = U h下 I h下 hX 12 + hX 1 S 2 S K 1 = = • I h上 hX 1 S1 S K 2 U h上允
式中 Ih 上 Ih 下为上 下级电网的谐波源电流 X12 为上 下级电网间的变压器 耦合电抗 X1 为上级电网的短路电抗 故 X12+X1 为下级电网的短路电抗 S1 S2 为上 下级电网的供电容量 设各级电网谐波源电流 Ih 占本级电网供电容量 相同的比例 2 SK1 SK2 为上 下级电网的短路容量