配電系統(tǒng)中的諧波治理究竟該怎么選擇濾波器？

時間：2022-07-11作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：182

1 諧波對互感器的影響

根據(jù)理論分析與實(shí)驗證明，互感器的頻響特性和互感器的準(zhǔn)確等級有關(guān)。電流互感器 (TA)在lkHz的范圍內(nèi)幅頻特性是平坦的，當(dāng)頻率**20kHz時，TA的幅度誤差小于3％。但對電壓互感器 (Tv)測試表明，當(dāng)互感器的負(fù)載電阻為100時，各類電壓互感器幅值誤差達(dá)到3％的頻率為1~6kHz。而且對奇次諧波而言。TV變比誤差隨諧波次數(shù)增加而非線性地變大，TV的負(fù)載對其頻響特性的影響無明顯規(guī)律：對偶次諧波而言，TV變比誤差的非線性增加比奇次諧波時較快 。


2諧波對感應(yīng)式電能表的影響
感應(yīng)式電能表是針對非常狹窄頻率范圍的正弦電流和電壓波形而設(shè)計的。當(dāng)頻率與額定頻率不同時,會引起電流、電壓工作磁通幅值及它們之間相位角的改變，使驅(qū)動力矩、治理力矩、補(bǔ)償力矩及鐵芯損耗發(fā)生相對變化，從而引起感應(yīng)式電能表計數(shù)誤差的變化。感應(yīng)式電能表頻響曲線的平坦與否，對它在諧波功率下的計數(shù)影響甚大。頻響特性曲線下降的原因是感應(yīng)式電能表轉(zhuǎn)盤渦流路徑的 等效轉(zhuǎn)盤阻抗及其阻抗角隨頻率增高而變大所致。當(dāng)電壓和電流均發(fā)生畸變時產(chǎn)生了諧波功率，感應(yīng)式電能表基本上忽略了5次以上的高次諧波功率。感應(yīng)式電能表少計量3次諧波功率5%~30%、5次諧波功率80%~95%。值得注意的是，諧波功率的潮流對感應(yīng)式電能表的計量有很大影響。感應(yīng)式電能表計量的電能值為：
式中：E1、Eh的符號可正可負(fù),由實(shí)際潮流方向確定，C1、Ch為相應(yīng)的基波、諧波的系數(shù)。C1=1、Ch,≤1,且隨諧波次數(shù)的增加而減小。由式(1)可見，對于線性用戶，基波和諧波潮流一致，感應(yīng)式電能表少計量了用戶消耗的電能，但計量的電能仍大于基波電能；對于非線性用戶，用戶自身向電網(wǎng)輸送諧波分量，諧波潮流與基波潮流相反，感應(yīng)式電能表計量的值大于用戶消耗的電能而小于用戶所消耗的基波電能。
 
3諧波對全電子式電能表的影響
目前所釆用的全電子式電能表，其計量原理都是對電壓、電流瞬時值進(jìn)行采集積分。因此，當(dāng)諧波存在時，只要測得的讀數(shù)在誤差允許范圍內(nèi)，可認(rèn)為是基波和諧波有功電能的代數(shù)和。全電子式電能表的頻響特性曲線相對平坦，可近似認(rèn)為無衰減，其對諧波功率的響應(yīng)和對基波功率的響應(yīng)基本相同。分析表明，全電子式電能表把基波功率和諧波功率一同計量,在諧波存在情況下其計量誤差比感應(yīng)式電能表的誤差要大。
 
4諧波的綜合治理
4.1 濾波器治理方法
諧波預(yù)防措施主要有2個：一個是選用諧波電流小的設(shè)備;另一個是對諧波電流進(jìn)行治理。如果沒有滿足相應(yīng)諧波限制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，就要附加諧波治理設(shè)備。簡單的方法就是在諧波源負(fù)載處安裝諧波濾波器，下面介紹濾波器的選擇方法。 
(1) 設(shè)備級濾波器的選擇：建議選擇無源濾波器，因為無源濾波器的成本低，可靠性高(要求**諧波源設(shè)備)。設(shè)計良好的無源濾波器能夠保證THD<8%,并且在80%負(fù)荷條件下不會發(fā)出容性無功。如果諧波源的負(fù)荷工況大部分場合**50%,無源濾波器會產(chǎn)生容性無功， 這時可以考慮有源濾波器。采用有源濾波器時，要選擇電磁兼容特性良好的，因為有源濾波器的工作原理類似于變頻器，輸出以PWM電壓波形為主的能量，如果沒有經(jīng)過良好的電磁兼容設(shè)計，會向電網(wǎng)注入較強(qiáng)的射頻干擾，形成新的干擾。
(2) 分配電柜(盤)級濾波器的選擇：建議選擇有源濾波器，因為母線級的無源濾波器會產(chǎn)生較大的容性無功，而整流電路并不需要補(bǔ)償容性無功功率。
(3) 主配電柜(變壓器下端)濾波器的選擇：根據(jù)實(shí)際情況決定用有源濾波器還是無源濾波器。如果系統(tǒng)需要補(bǔ)償無功功率，可以采用無源濾波器，一舉兩得。如果系統(tǒng)不需要補(bǔ)償無功功率，選擇有源濾波器。當(dāng)然，也可以將兩者結(jié)合起來，獲得高的性價比，具體方法需要根據(jù)項目進(jìn)行論證。 
諧波綜合治理的目的是以低成本獲得高的效益。這里，高的效益是從企業(yè)和電力公司2個角度來衡量的。過去，企業(yè)從事諧波治理是被動的，也就是說，是單純?yōu)榱藵M足供電企業(yè)的要求而采取諧波治理，但這樣做實(shí)際上是為了保證大多數(shù)企業(yè)的用電利益。基于上面的理念，諧波治理應(yīng)盡量在下游進(jìn)行,這樣企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)獲得效益高，而當(dāng)內(nèi)部電網(wǎng)改善后，供電企業(yè)所關(guān)注的公共電網(wǎng)的質(zhì)量自然就得到了保證。
4.2 綜合治理方法
在諧波源上進(jìn)行諧波治理的優(yōu)點(diǎn)是顯然的。由于消除了諧波源，原來的配電系統(tǒng)就像工作在傳統(tǒng)的線性負(fù)載條件下，沒有任何隱患，制造系統(tǒng)幾乎沒有由于電壓畸變導(dǎo)致的電磁兼容性風(fēng)險。作為設(shè)計人員，無論進(jìn)行配電系統(tǒng)的設(shè)計，還是進(jìn)行制造系統(tǒng)的設(shè)計，都可以按照傳統(tǒng)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，而不用考慮諧波帶來的種種風(fēng)險。雖然在非線性負(fù)載的電源入線端治理諧波是好的方案，但是這種方案可能成本較高，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)情況，可以釆用靈活的方案，也就是綜合治理。
（1）對于功率較大（例如22kW以上）的諧波源（變頻 器、UPS及中頻爐等），在這些設(shè)備的電源入口處治理。
（2）在分配電柜，根據(jù)諧波電流的大小，決定是否需要采取治理，如果諧波電流畸變率**過20%,建議進(jìn)行治理，使其達(dá)到10%以下。
（3）在總配電柜（變壓器的下端），根據(jù)諧波電流的情況，決定是否需要進(jìn)行治理。浦常，以供電企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，如果諧波電流**過標(biāo)準(zhǔn)要求就進(jìn)行治理，否則不用治理。
 
5 安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型
5.1立柜式
備注：具體尺寸按報價方案為準(zhǔn)。
5.2模塊化
 


6結(jié)束語
電能計量受諧波影響，給供用電雙方帶來了巨大的影響和損失。由于諧波造成了供電企業(yè)線損和電力營運(yùn)企業(yè)非經(jīng)營性成本的增加，所以加強(qiáng)諧波治理刻不容緩,供電企業(yè)和電力客戶都應(yīng)積極想方設(shè)法改善電網(wǎng)諧波狀況。

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