核心提示:
國家電力部門越來越重視電網(wǎng)諧波造成的電網(wǎng)污染,其使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障。為此,我公司結(jié)合高校資源等研究無源電力濾波裝置。 一、設計目標 a) 使得負載注入電網(wǎng)的諧波電流滿足國家標準要求; b) 補償負載所需無功,提高功率因數(shù); 二、設計準則 a) 諧波性能指標達到國家要求 i. 諧波電壓要求 ii. 諧波電流要求 表2 注入公共連接點的諧波電流允許值 b) 在滿足濾波要求的情況下,裝置經(jīng)濟價格最低; c) 保證在正常失諧的情況下濾波器仍能滿足各項技術要求; d) 電網(wǎng)阻抗變化會對濾波裝置尤其是單調(diào)諧濾波器的濾波效果有較大影響,同時電網(wǎng)阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能,設計時應予以考慮! ∪⒃O計方法 a) 需測量參數(shù) i. 各次諧波電流電壓幅值,; ii. 系統(tǒng)短路容量Sk; iii. 電壓等級U; iv. 系統(tǒng)功率因數(shù); v. 變壓器容量S; b) 補償無功功率計算 設目標功率因數(shù)為,一般為0.9以上,則需補償?shù)臒o功功率Q可由下式算出, 得到需要補償?shù)臒o功功率后,一般原則是將其平均分配至各濾波支路,以保證各支路基波損耗接近;若需補償無功功率較大,可以選擇在無源濾波支路外并聯(lián)一條無功補償支路; c) 無源濾波支路參數(shù)計算 常用的無源濾波支路接線方式如圖3所示,其中單調(diào)諧濾波器,二階高通濾波器以及C型阻尼高通濾波器較常用。其中單調(diào)諧濾波器主要針對諧波電流較大的低次諧波,二階及C型阻尼高通濾波器主要應用于濾除高次諧波。本計算程序主要針對上述三種濾波器進行參數(shù)計算! D3 濾波器常用接線方式 i. 單調(diào)諧支路參數(shù)計算方法 單調(diào)諧支路參數(shù)計算主要包括確定C、L、R的大小,額定電流,額定電壓等部分! 1. 根據(jù)系統(tǒng)諧波電流情況確定單調(diào)諧支路的諧振頻率f; 2. 根據(jù)諧波電流的大小計算所需電容器C的容量,計算公式為 其中為電容器容量,為相電壓有效值,為該次電流諧波有效值。若繼續(xù)考慮無功補償要求,可以按平均分配的原則增大,滿足系統(tǒng)的無功補償需要; 3. 根據(jù)計算出所需電容C的大小,計算公式為 其中為系統(tǒng)的基波角速度,為電容器的額定電壓; 4. 根據(jù)C和支路諧振頻率計算電感L的大小,計算公式為 其中n為諧波電流次數(shù),為了增加系統(tǒng)魯棒性,計算時基波頻率取49.7Hz; 5. 根據(jù)濾波效果選取濾波支路品質(zhì)印數(shù)Q,一般Q選取范圍是30-60,假設電抗器電阻為,則需要加的電阻器R的大小為 考慮到散熱以及成本問題,在濾波效果滿足要求的情況下,可以不加電阻器; 6. 得到濾波器參數(shù)C、L、R之后,計算出支路阻抗的頻率特性,根據(jù)圖4所示模型計算流入電網(wǎng)的諧波電流 圖4 諧波源負載模型 圖中諧波源等效為一個電流源并聯(lián)其內(nèi)阻,即負載電抗的形式。流入濾波裝置電抗Z的諧波電流為,流入電網(wǎng)電抗的諧波電流為,其中等效電抗 流入電網(wǎng)的諧波電流為 若流入電網(wǎng)的諧波電流滿足國家標準,則進行下一步的校核,若不滿足要求,則降低R的大小,并對C、L參數(shù)進行微調(diào),進一步減少流入電網(wǎng)的諧波電流; 7. 計算濾波器正常失諧情況下,濾波性能是否能夠達到標準,若不能達到標準需要進一步調(diào)整C、L、R參數(shù); 8. 計算電網(wǎng)阻抗和濾波支路的等效并聯(lián)阻抗,檢驗是否在特征頻率下發(fā)生并聯(lián)諧振,若發(fā)生并聯(lián)諧振則需要進一步微調(diào)C、L、R參數(shù); 9. 當C、L、R參數(shù)滿足上述所有要求的情況下,進一步校核各器件的額定電流以及額定電壓,使得電容器的額定電流電壓容量滿足 其中U,I,Q依次為電壓電流容量,C1,Ch,CN依次為基波諧波和額定值。 ii. 高通濾波器支路 高通濾波器和C型阻尼高通濾波器的設計方法類似,下面以高通濾波器為例說明其C、L、R參數(shù)的設計方法! 1. 與單調(diào)諧濾波器設計思路類似,根據(jù)需要補償?shù)臒o功功率確定電容C的大小; 2. 根據(jù)濾波需要設計所需的截止頻率f,一般取高于最高次單調(diào)諧濾波器的諧振頻率; 3. 根據(jù)C和f計算R的大小,滿足 4. 對于高通濾波器,定義m 一般取m在0.5-2之間。計算得出電抗器L的大小! 5. 對于C型阻尼高通濾波器,可以根據(jù)截至頻率f和C確定,為 其中為系統(tǒng)角頻率,為截止頻率對應的角頻率。得到后,設計電抗器L的參數(shù),使其滿足和在基波頻率下發(fā)生串連諧振。另外,也可以利用和步驟5中同樣的方法確定L的大小,并利用諧振關系確定的大小! 6. 和單調(diào)諧濾波器類似,檢驗正常情況下的濾波效果,在失諧情況下的濾波效果,以及是否會和系統(tǒng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振。若各項要求都滿足,則確定濾波器的參數(shù),否則對參數(shù)進行微調(diào); 7. 計算濾波支路的電壓電流大小,計算得出各元件的額定電壓電流大; 四、計算程序清單,使用方法詳見程序注釋以及算例設計。(計算程序基于MATLAB R2006a軟件) i.系統(tǒng)阻抗計算程序 (cal_sys_imp.m) ii.單調(diào)諧濾波器參數(shù)計算程序 (cal_tune_para.m) iii.高通濾波器參數(shù)計算程序 (cal_highpass_para.m) iv. C型高通濾波器參數(shù)計算程序 (cal_c_highpass_para.m) v.無功補償參數(shù)計算程序 (cal_reactive_para.m) vi.系統(tǒng)性能仿真程序 (system_simulation.mdl, system_analysis.m) 五、算例設計 本節(jié)針對某軋鋼廠諧波治理項目,使用第四節(jié)中的程序,計算濾波支路以及無功補償支路的參數(shù)。本節(jié)圖文并茂,盡可能詳細的演示了如何使用第四節(jié)中的程序,可作為以后設計諧波治理裝置的參考。 某軋鋼廠諧波治理項目 本系統(tǒng)為軋鋼廠低壓側(cè)系統(tǒng),變壓器為10/0.4KV、其容量為1600KW。已 知工廠主要用電設備為軋鋼機(132KW*2組,DC電機),平整機(75KW,DC電機),分卷機(45KW*2組,DC電機)。另有電爐480KW一組、280KW一組,后續(xù)可能上一組300KW電爐! ≡谝韵虑闆r下測量諧波含量:測量時只有(132KW*2組,DC電機)運行,其它均未投運。其中5次、7次、11次諧波電流見表,功率因數(shù)為0.3,變壓器短路容量為5MVA。 5次、7次、11次諧波電流