In (theo) =
I1 n
,
n = 6k+/-1
l5 (theo) = 20% l1 l7 (theo) = 14% l1
l11 (theo) = 9% l1 l13 (theo) = 8% l1
电源阻抗的影响
I5 x 100
5 (theo)
100 90 80 70 60
5%
a= 90° 30° 20° 10° 5°
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定义
功率因数和相移因数
功率因数是有功功率P与视在功率S的比值 P
PF = S
相移因数 cos j1 代表电压与电流基波夹角的余弦。
P1
cos j1=
S1
P1 基波分量的有功功率 S1 基波分量的视在功率
畸变因数 DF 是 PF 与 cos j1 之间的比值
PF
DF = cos j1
.E 3p
+E
U P
wt 2P
-E 1 3 5 7 9 11 n 施耐德电气公司房地产客户部
8
基本概念
定义
逐次谐波畸变
n次谐波均方根与基波均方根值的比值 Yn
Hn % = 100 Y1
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。
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基本概念
定义
标准和规定
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标准化共存
电能生产
输配电 (EDF)
ZL
ZS
G
相互影响
消耗
用户
ZC R
相互影响
ZC R
产生和传送电压畸变 网络改造
产生畸变电流 负载改造
$
综合考虑
$
29
标准和规定
质量等级 兼容性水平
低压供电电网
IEC 1000 - 2 - 2 标准 CIGRE* 推荐 (Electra 出版, 第123期, 1989年3月)
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基本概念
无谐波
电流包含谐波
线性负载 非线性负载
线性负载概念:
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。
例, 白炽灯,加热器, 稳态运行的电机。
非线性负载概念:
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。
10
0.5
11
3
12
0.2
13
3
非常敏感 (信息处理)
Total THD
5%
二级 2 5 1 6 0.5 5 0.5 1.5 0.5 3.5 0.2 3
一般敏感
8%
三级 3 6 1.5 8 1 7 1 2.5 1 5 1 4.5
不敏感
10%
31
标准和规定
辐射等级
状况:
对每个用户作出必要限制, 以避免进行系统性的检查, 因为电压畸变依赖于电网阻抗: 除非注入电流非常低, 一般来说很难靠限制注入谐波电流来 控制实际的电压畸变。 利用限制谐波电压来约束和惩罚用户。
谐波原理及抑制
内容
1 - 基本概念 2 - 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 4 - 谐波对主要元件的影响 5 - 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
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1 - 基本概念
目的:了解本课必备的基本概念
33
标准和规定
工业应用
无国际标准但对不同级别基本存在共识
第一级: 自动接受
根据电压等级和干扰功率。
例如 EDF 干扰功率＜1% 正常情况下测量点最小短路功率。
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谐波干扰
波形 总谐波畸变
感应灯
变频器
开关电源
调光灯
THD (i) %
中型负载 THD (i)
%
萤光灯
THD (i) %
THD (i) 电磁镇流器
%
THD (i) 电子镇流器
%
M
异步电机
THD (i)
(无载)
%
THD (i)
有负载
%
THD (i) %
施耐德电气公司房地产客户部 25
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定义
傅立叶变换:
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。
f(t) =a2o
+ S [ancos(nw1t) + bnsin(nw1t)] n=1
式中:
2p w1 = T n 为正整数
(T 为周期)
ao, an, bn 为博立叶系数
n=
n=2
(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
结论: 如果电源阻抗低, 电压畸变就低。
施耐德电气公司房地产客户部 12
基本概念
等效图 变压器, 发电机,
电缆
电源阻抗
阻抗和频率的函数关系
输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值
150 Zs Zc %
传统UPS
100
发电机 X”d=12%
2 - 电力生产、配电和消耗各环节 产生的谐波干扰
目的:认识干扰源的特点
施耐德电气公司房地产客户部 16
谐波干扰
电源
在电网某一点, 谐波畸变依赖于:
负载类型
电缆或导线
变压器接线类型和阻抗
MV/LV
电源阻抗
PSB
EJP U
I
线性负载
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M
17
谐波干扰
施耐德电气公司房地产客户部
峰值因数是峰值与周期量均方根值的比值
Y crest
CF =
Y rms
11
基本概念
e
U i
Zs
s
电源阻抗
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
逐次谐波畸变 Hn= Un
U1
(U1: 基波值)
THD (%) = 100
施耐德电气公司房地产客户部 23
谐波干扰
中压电网的干扰
第五次谐波电压的变化
第五次谐波 (电压)
在 HV/MV 主变电站的母线上测量
H5 (%)
4
家用电器负载效应
3.5 3
2.5 2
1.5
1
0.5 t (时)
4
8
12
16
20
*资料来源: “中压配电网络的谐波污染”, chaume, EDF – DER Clamart.
i
CR
D
% 100
i
87 64
50
38
15 17
0
N
13
579
11 13
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谐波干扰
L ligne
Lf Z
e’1
wDt
a
e’2
e’3
wt
l1
ld
wt
(a = 30°)
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不间断电源供电:
(用于直流电机的变频驱动器) 带阻感负载的三相六脉动整流桥
理想状态: 电源侧电感Lligne=0
5
基本概念
图形
12 3 4 5
infra
inter
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间谐波和次谐波
间谐波
正弦分量不是基波频率的整数倍。
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 变频器
频率变换器
6
基本概念
电源处谐波畸变一般不太突出
18
谐波干扰
电力输配
变压器产生谐波:
B, F
奇次: 材料的磁滞现象
P
0
i
磁饱和 偶次
0º
180º 360º
B, F
通电时饱和励磁
(0)
变压器对极性负载产生的偶次
(b)
U
谐波敏感
U
i i
施耐德电气公司房地产客户部 19
谐波干扰
D
C
电能的消耗
整流型负载
产生很宽频谱范围 (3-15) 的奇次谐波电流 越来越多地使用 形成了重要的谐波污染源
非正弦周期量的均方根值 (RMS)
∫ Yrms =
1
T
y2 (t) dt =
T0
n=
(Yn)2
n=1
电压畸变
谐波均方根值与基波的比值
n= (Yn)2 n=2
THD (%) = 100 Y1*
* 对于 DIN 标准, Y1 由 Y 的均方根值代替
施耐德电气公司房地产客户部 10
基本概念
较公平的方法: 采用允许的干扰功率, 该功率大小正比于用户实际 消耗的负载功率。然而对于低压网络, 该方法很难 用于家庭, 故采用对家用电器产品产生的谐波电流 进行限制。
施耐德电气公司房地产客户部 32
标准和规定
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低压开关柜
每相电流小于16A:
IEC1000 - 3 - 2 规定对所有设备即功率范围除大于 1kW 和小于功 率 75W (1999 年降低为50W) 的工业设备外, 其谐波水平应满足
谐波干扰
谐波源
照明
1
FL