谐波治疗计划和分析

谐波控制计划和分析谐波控制计划的目录评估依据: 国家标准的具体内容？ 21.1谐波的国家标准要求？ 2项目概述？ 22.1现场情况描述项目背景？ 2 2.2现场测试数据？ 5 2.3结论？ 9谐波控制方案？ 93.1谐波来源和危害？ 9 3.2谐波保护？ 11 3.3数值计算？ 12 3.4设计选择？ 14 PQFS有源滤波器简介？ 16 4.1工作原理？ 16 4.2 PQFS是源过滤器技术数据？ 19 4.3安装方法？ 20 4.4控制技术？ 20 4.5无功补偿功能？ 21 4.6 PQFS的典型应用效果是什么？ 21 PQFS主动滤镜照片？ 22评估依据: 国家标准的具体内容1.1国家谐波标准要求: 根据中华人民共和国国家标准《公共电网的电能质量，谐波》 GB / T14549-93，谐波电压（相电压）和公共电网的电流限值如下: 电网谐波电压（相电压）不应超过下表中指定的允许值. 2）谐波电流限制a）所有用户在公共连接点注入的谐波电流分量（均方根值）不得超过下表中指定的允许值. b）每个用户在同一公共连接点注入电网的谐波电流的允许值是根据该点用户的约定容量与公共连接点的供电设备容量之比分配的.

2. 项目概述2.1现场情况描述项目背景1）测试现场描述该公司的车间电源系统用于谐波检测. 该测试仪器使用Fluke 435电能质量测试仪，并且测试点设置在低压配电室的电源开关上. 输出端子（见图1）谐波分析与治理，阴极涂层机密母插头盒电源开关的输出端子（见图2），机密母插头盒化学开关的输出端子（见图3），混合器控制箱的电源开关输出（见图3）图4）. 经过现场测试，线路上存在大的谐波电流，主要的谐波次数是3倍和11倍. 由于供电系统的电能质量差，谐波畸变率高，给设备的正常运行带来很大的安全隐患. 图1.低压配电室测试点的. 图2.阴极镀膜机测试点的. 图3.化学成型机的测试点. 4.调音台测试点. 测试数据1）电压波形图2）电流波形图3）谐波电流测量屏幕4）谐波电压测量屏幕5）谐波频谱屏幕6）记录数据附录I: 低压配电室的测试记录数据；附录二: 低压配电室谐波频谱的全图. 2.2.2阴极镀膜机的测试数据1）电压波形图2）电流波形图3）谐波电流测量屏幕4）谐波电压测量屏幕5）谐波频谱屏幕6）记录数据附录III: 阴极涂料分配器测试记录数据；附录四: 阴极镀膜机谐波谱的全光谱测试.

2.2.3成型机的测试数据1）电压波形图2）电流波形图3）谐波电流测量屏幕4）谐波电压测量屏幕5）谐波频谱屏幕6）记录的数据附录5: 化学形成机器测试记录数据;附录六: 全光谱的谐波试验机. 2.2.4混频器测试数据1）电压波形图2）电流波形图3）谐波电流测量屏幕4）谐波电压测量屏幕5）谐波频谱屏幕6）记录数据附录VII: 混频器测试记录数据；附录八: 混频器测试谐波频谱的全图. 2.3结论从现场测试获得的数据可以看出，电源线中3、5、7、11和13波的电流含量很高，谐波电流的总总失真率最高. 123.9，大大超过了国家标准GB / T14549《电能质量公用电网谐波限值》规定，供电系统的电能质量污染程度非常严重，存在很大的安全隐患，必须付出很大的代价. 有关部门重视，应及时处理. 3. 谐波控制方案3.1谐波源和危害谐波是通过对周期AC量进行傅里叶级数分解而获得的频率分量，其基频大于1的整数倍. 因为谐波的频率是1的整数倍. 基本频率，通常称为高次谐波. 在电力系统本身中会产生谐波电流的非线性因素主要是变压器的空载电流，交直流转换站的晶闸管控制元件，晶闸管控制的电容器以及电抗器组.

但是，电力系统中谐波的主要来源是各种非线性负载用户，例如各种整流设备，调节设备，电弧炉，轧机和电力拖动设备. 由各种低压电气设备和家用电器产生的谐波电流也可以从低压侧馈送到高压侧. 对于这些设备，即使为其提供理想的正弦波电压，其电流也不是正弦的，即存在谐波电流. 非线性负载的谐波含量取决于其自身的特性和工作条件. 它基本上独立于电力系统参数，因此可以视为恒定电流谐波源. 这些电气设备产生的谐波电流注入电力系统，因此系统中各处的电压都包含谐波分量. 谐波引起的事故很常见. 谐波已成为污染公共电网并危害其他设备的“污染”. 谐波会损害电源系统或并联负载. 危害程度取决于诸如谐波量和现场条件之类的因素. 谐波的危害主要表现为: 1）对变压器的危害谐波电流会增加变压器的铜损，尤其是三角形连接的变压器的三次谐波和多次谐波会在其绕组中形成循环电流，从而使绕组过热；对于全星形连接的变压器，如果绕组的中性点接地，并且该侧电网中的分布电容较大，或者安装了具有中性点接地的并联电容器，则可能会形成三次谐波谐振. 其次是机械冲击，噪声和谐波过电压的产生. 2）对继电保护装置的危害当继电保护装置采用电磁，感应继电器时，基本上不受谐波的影响.

整流器和晶体管继电器对谐波敏感，可能会引起故障. 目前，在中压系统中广泛使用的组合式过电流继电器大多为晶体管型. 有些产品具有浪涌电流等功能. 通过检测由变压器切换引起的励磁电流中的特定谐波，可以避免由浪涌电流引起的误差. 动作，差分继电器，零序和负序继电器由于其较小的设定值而容易受到谐波电流的影响. 3）对电容器补偿装置的危害为了提高系统的功率因数，通常需要并联电容器组. 在电源频率下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，并且不会引起谐振. 但是，对于高次谐波，系统的电感电抗会大大增加，而电容电抗会降低，这可能会导致并联或串联谐振. 并联电容器与电源系统形成并联谐振，这会放大谐波电流，从而使电压和电流的失真更加严重. 此外，谐波电流会叠加在电容器的基波电流上，这将增加电容器电流的有效值并增加温升，这将缩短电容器的使用寿命或损坏电容器. 因此，在包含谐波的电源系统中，不能使用简单地切换电容器组的无功功率补偿装置. 4）对配电系统的危害对配电的影响主要表现为线路损耗增加和功率损耗增加. 同时，由谐波电压产生的尖峰会加速电缆绝缘层的老化，导致绝缘层局部放电，增加温度升高，并缩短电缆寿命. N线民用建筑中常见的三次谐波的积累很容易导致该线过载.

在大多数情况下，配电系统在N线上未配备保护设备，并且N线的过载操作掩埋了火灾隐患. 5）低压开关柜的危险对于配电断路器，全电磁断路器易受谐波电流的影响，这会增加铁的消耗并产生热量. 同时，由于对电磁体和涡流的影响，跳闸困难，谐波次数越高，影响越大. 对于热磁断路器，加热是由导体的趋肤效应和铁损的增加引起的，从而使额定电流和跳闸电流减小；对于电子断路器，谐波也会降低其额定电流，特别是对于检测峰值的电子断路器，额定电流会降低得更多. 从上面可以知道，所有三种类型的配电断路器都可能由于谐波而发生故障. 对于漏电断路器，由于谐波漏电流的影响，断路器可能会异常发热并发生故障或无法运行. 对于电磁接触器，谐波电流会增加磁体组件的温升，影响触点和线圈的温度，并降低额定电流. 对于热继电器，由于谐波电流的影响，额定电流会减小. 它们会导致工作中的故障. 6）对电机的危害对旋转电机的危害主要是由额外的损耗和扭矩引起的. 由于趋肤效应，磁滞，涡流等，随着频率的增加，在电机的铁芯和绕组中产生的额外损耗会增加. 正序谐波试图使电动机的运行速度快于基波，而负序谐波试图使电动机的运行速度慢于基波. 在这两种情况下，电动机都会失去扭矩并开始产生热量.

由谐波电流产生的谐波转矩对电动机的平均转矩影响很小，但是谐波会产生很大的脉冲转矩，这可能会引起诸如扭曲振动和电动机轴噪声大的问题. 7）损害弱电系统a. 当建筑物的通信系统和其他弱电流系统线路用金属管，金属线槽或屏蔽电缆敷设时，基本上可以消除电磁感应耦合和静电感应耦合产生的谐波干扰. 但是，弱电设备的电源部件，例如楼宇控制系统的开关电源和DDC现场电源，将受到中性线的谐波干扰. 在严重的情况下，电源模块可能会被烧毁. 某些超声波传感器可能会受到影响，无法正常工作. b. 计算机制造商通常规定允许其产品接收馈电电压的THDu为3〜5％，峰值电压与有效值之比必须在1.410.1. 的范围内. 严重的谐波电压失真会导致计算机及其UPS发生故障. 谐波会扭曲计算机的图形，使屏幕的亮度波动，并导致机器内部的组件过热，从而导致计算机和数据处理系统中的错误. C.装有微电子控制设备的各种办公设备都会受到谐波的影响. 在严重的情况下，电波的冲击会导致电子芯片烧坏. 电视机和显示器容易受到高频谐波干扰，并且会出现闪烁和异常色带. 另外，谐波间电压会导致图像翻转，从而引起阴极射线管图像的周期性放大和缩小. d. 基于电源电压过零的各种计时器. 当谐波电压的含量较高时，电压的过零会增加，并且在时序中会出现正误差.

8）对测量仪器的危害电气测量仪器通常根据工频正弦波设计. 其中，普通感应电表的频率响应非常差. 三次谐波功率之差为20％，而第五次谐波功率之差约为40％. 一些用户的配电系统包含大量谐波源，这些谐波源会将谐波有功功率发送回电网，这可能导致实际有偿电费高于其消耗的基本有功电费. 当没有谐波源的用户从包含谐波电压的源获得功率时，由于负载产生的额外谐波损耗，他们将为电费支付更高的费用. 使用均方根和平均测量原理的电流表，电压表和功率变送器都将受到谐波的影响，从而导致精度偏差. 由奇数阶谐波引起的偏差远大于偶数阶谐波，并且电压表误差大于电流表误差. 使用均方根原理的测量仪器可以获得宽频率特性. 同样，谐波对相位测量和功率因数测量仪器的影响更大. 精度为0.5或更高的电磁CT和PT在电流低于2000 Hz或电压低于1000 Hz时具有更好的频率特性. 对于更高频率的谐波分量，CT和PT的次级输入值将小于预期值. 9）气体放电灯的危害谐波电流含量高时，气体放电灯附带的补偿电容器会发热并缩短寿命. 10）对人体的影响从人体生理学的角度来看，当刺激和激发人体细胞时，基于细胞膜的静息电位，会发生快速的电波动或可逆的翻转. 如果频率接近谐波频率谐波分析与治理，则电网的谐波电磁辐射将直接影响人脑和的磁场.

3.2谐波保护近年来，许多工厂和矿业公司已经使用了许多谐波干扰源负载设备，例如可控硅整流和整流，电弧炉，中频炉等. 这些设备吸收了大量的无功功率，使得用户在降低功率因数的同时，谐波问题也变得越来越严重. 《中华人民共和国电力法》规定: “用户不得危及供电，使用安全或破坏供电和使用的顺序”，《供电业务规则》规定: “用户不得违反规定. 电气设备的线性阻抗特性. 当通过电网运行注入电网的谐波电流以及正弦波的公共连接点的畸变超过标准时，用户必须采取措施将其消除. ”因此，用户有义务采取必要的措施来控制谐波，并确保电压失真不超过限制. 目前，谐波的预防和控制主要包括无源谐波滤波器的安装和有源谐波调节器的安装. 无源谐波滤波器是滤波电容器，电抗器和电阻器（即所谓的LC滤波器）的组合. 它与谐波源并联连接. 除了滤波之外，它还考虑了无功功率补偿的需求. 该过滤器由于其结构简单，投资少，运行可靠性高和运行成本低而首次出现，使其得到了广泛的应用. 但是，也存在一些问题. 例如，当系统结构或参数改变或滤波器参数改变时，滤波器可能会产生谐波放大，并且该滤波器无法全面管理电压波动和负序. 随着大功率电力电子技术的突破和发展，ABB推出了采用脉宽调制（PWM）技术的有源谐波滤波器.

基本原理是，从补偿对象中检测出谐波电流，并且补偿设备生成与谐波电流具有相同极性和相反极性的补偿电流，因此电网电流仅包含基本成分. 该滤波器可以跟踪和补偿其频率和幅度变化的谐波，并且补偿特性不受电网阻抗的影响. 因此，它已经被广泛地重视和被广泛使用. 3.3数值计算3.3.1低压配电室测试数据的计算表1给出了电源线的主次谐波电流值. 表1: 主次谐波电流值3.3.2计算主电源的次谐波电流值阴极镀膜机的主次谐波电流值如表2所示. 表2: 主次谐波电流值3.3.3成型机测试数据的计算表3中显示了电源线. 表3: 主次谐波电流值3 .3.4通过混频器的测试数据计算出的电源线主次谐波电流值的计算如表4所示. 4: 主次谐波电流值3.4设计与选择3.4.1低压配电室电源线，按表1的数值电流计算总谐波畸变率为13 THDI，无需在变频器中进行谐波控制. 低-电压配电室，并使用本地（终端）方法进行控制. 3.4.2阴极镀膜机的负载基于表2. 总电流谐波畸变率THDI为90. 单个阴极镀膜机需要选择谐波补偿电流为PQFS的三相四线有源滤波器. 60A. 现场有多台阴极镀膜机，全部由密集的母线通过总线插入盒供电.

因为总线插头盒的电源开关使用塑料外壳断路器或小型断路器，并且柜体小，布局紧凑，并且无法安装采样电流互感器（3），并且无法连接有源滤波器的主电源电缆. 因此，集中谐波补偿用于密集的母线负载，谐波补偿能力取决于阴极镀膜机的数量（包括容量）. 3.4.3成形机的负载基于表3. 总电流谐波失真率THDI为104. 单个成形机需要选择谐波补偿电流为20A的PQFS三相四线有源滤波器. 台湾变成一台机器，它们由密集的总线通过总线插头箱供电. 由于母线插入盒的电源开关使用塑料外壳断路器或微型断路器，并且该盒体积小，布局紧凑，并且采样电流互感器（3无法连接到有源滤波器的一次侧）电源电缆，因此该密集母线负载要进行集中谐波补偿，谐波补偿能力取决于发电机的数量（包括容量）3.4.4混频器负载根据表4，电流总谐波失真率THDI的数值为124，这是单个混频器所必需的，选择谐波补偿电流为30A的PQFS三相三线有源滤波器考虑到现场有多个混频器，它们由各自的变频控制柜提供3.4 .5解释说，由于现场测试时间的限制，某些设备的工作周期是周期性的. 系统. 测试数据可能有局限性，但基本上可以反映出负载谐波.

PQFS有源滤波器具有模块化扩展功能，可以扩展到最多4个电源模块. 每个模块的最大补偿电流为100A. 可以选择一个主模块（M）和多个从模块（S）. 没有过度补偿的问题. 有关详细参数，请参阅4.2 PQFS有源滤波器技术数据. 有关模块的主要接线，请参见图1. 两个模块的主要接线图使用PQFS-M模块补偿方法. PQFS有源滤波器简介4.1工作原理PQFS有源滤波器的原理图如图所示. 有源滤波器可以测量谐波电流的量，并生成这些测量到的失真电流的反相. 谐波电流可以抵消这些谐波污染. 当谐波电流超过有源滤波器的容量时，有源滤波器会滤除其容量范围内的谐波分量，而剩余的谐波电流将保留在电网中. 有源滤波器是补偿电流发生器. 其中，补偿电流发生器和控制系统是其最重要的部分. 1）补偿电流发生器PQFS补偿电流发生器. PQFS补偿电流发生器PQFS补偿电流发生器补偿电流由包含绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的三相逆变器产生. 使用脉冲宽度调制技术（PWM），该逆变器可以生成任何给定的电压波形. 使用直流电容器作为IGBT逆变器的直流电压源.

该逆变器与交流转换器具有相同的原理. 逆变器的输出电压通过电抗器和小型滤波电路耦合到网络，以向网络输出补偿电流. 直流电容器是逆变器的电源，不需要任何其他电源. 显然，为了将补偿电流注入网络，直流电压电平必须始终保持在网络的峰值电压电平以上. 在PQF中，直流电容器具有一个预制电路. 预制电路的功能是抑制电容器充电时产生的浪涌电流，这可能会损坏网络电气设备. PWM电抗器的功能是将电压源转换为电流源. 最后，输出滤波器吸收PWM产生的高频分量. 2）控制器闭环控制和开环控制: 有源滤波器的控制系统将在闭环和开环电流控制之间进行选择. 在开环控制中，为了计算所需的补偿电流，将在PQFS负载侧测得的谐波电流用作控制系统的输入信号. 这是PQFS闭环控制系统的信号流程图. 在图中，在PQF的负载侧测得的电流被反馈到控制系统的输入，以最小化PQF的补偿电流. PQFS控制系统直接影响其过滤功能. 闭环控制系统可以动态监视滤波效果，以CT监视点的谐波含量满足用户设定的要求为最终滤波目标，确保滤波精度. 除了更高的控制精度外，闭环控制系统还可以控制滤波器的顺序.

此外，闭环系统还确保测量误差不会引起较大的补偿偏差. DSP控制: 为了充分改善有源滤波功能，使用了实时数字测量和数字控制技术. 为了实现对系统谐波电流的实时跟踪并根据需要实时控制补偿电流，使用了数字信号处理（DSP）技术. 在所需信号中，显然需要三线电流信号. 次级侧的5 CT可以完全满足我们的测量需求. 首先，我们需要获取模拟信号，并在数字化之前将其分类和抗混叠滤波器. 然后，一个快速，高精度的模数转换器将模拟信号转换为数字信号. 这些数字信号被发送到DSP，后者将控制测量信号和实时计算，并生成逆变器所需的PWM参考信号. 所有数字信号（包括到PWM逆变器的指令）的输入和输出由另一个微处理器执行. 该微处理器不仅用于控制，还用于计算，它可以保证继电器和触点等动作. 每个PQF系统都需要一个控件，该控件可以同时处理多个电源模块. 安装在PQFS有源滤波器面板上的控制器可用于设置所需的谐波阶数和滤波度的目标值. 4.2 PQFS有源滤波器的技术数据4.3安装方法主接线如图1所示. PQFS有源滤波器直接并联在系统中. 初级电路通过主开关和保险丝连接到系统. 在输入断路器侧选择CT位置.

应注意，PQFS有源滤波器滤波电路的主开关主要用于隔离，而保险丝用于保护. 主要安装功能是: 1）系统中的并行安装； 2）安装非常容易，一次回路只需连接3根电缆（三相四线滤波器为3根电缆，二次回路为3 CTs）3）根据系统进行过滤根据需要， CT和主回路电缆的安装位置灵活，合适，安装十分方便. 4.4控制技术数字信号处理（DSP）技术已成功应用于PQFS. 所有基本电信号（包括电压，电流，相角和频率）都可以采样，格式转换，存储和设置. 正是由于先进的DSP数字计算，用户可以更方便，灵活地设置滤波器. 图6显示了ABB有源滤波器的控制软件界面. 图6 PQFS有源滤波器的控制软件界面PQFS在三相三线制系统中最多可以同时滤除50个谐波和20个谐波分量，而PQFS在三相四线制系统中最多可以滤除50个谐波. 同时有15个谐波分量组成谐波. 可以通过编程控制要过滤的谐波的数量和频率. 除了谐波选择功能，用户还可以为所选谐波指定滤波效果级别，PQFS会对其进行滤波，直到满足用户指定的要求. 用户通过程序指定滤波后的谐波成分的标准. 对于不同的谐波分量，此标准可以不同，此功能非常实用.

同时，仍可以将PQFS安装在已安装无源滤波器的电网上. 如您所见，PQFS有源滤波器非常接近理想滤波器. 对于理想的滤波器，用户可以根据需要选择要滤波的谐波分量和滤波程度. 4.5无功补偿功能PQFS还具有无功补偿功能. 需要说明的是，PQFS的无功补偿功能必须由用户自行开发，即只有当用户需要使用无功补偿功能时，才可以设置滤波器来产生无功功率. 否则，在正常情况下，滤波器将不会产生无功功率，因此不会影响系统的功率因数. 图7显示了开发无功功率补偿时的控制软件界面. 在默认状态下，无功功率补偿功能处于OFF位置，并且不产生无功功率补偿电流. 当用户需要启用PQFS滤波器无功补偿功能时，选择ON并设置静态或动态无功补偿，或设置目标功率因数. 重要的是要注意，许多谐波负载（例如UPS）是谐波含量高但固有功率因数高的谐波源. 用于无功补偿PQFS开发的控制软件接口ABB有源滤波器具有强大的人机对话功能. 用户可以通过配置在过滤器柜门上的LCD操作面板来测量和显示系统的所有电气参数，还可以实现硬件和软件设置.

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