谐波抑制设计技术

1供配电系统谐波抑制设计技术2谐波问题不是新问题，但又是新问题。3•我国早在1984年就发布了《电子系统谐波管理暂行规定》；•随后又于1993年颁布了《电能质量公用电网谐波》标准；•进入21世纪的2003年又颁布了《公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传输兼容水平》和《工厂低频传导骚扰的兼容水平》两个文件。•与此同时，2003年和2004年又先后发布了单台设备＜16A和＞16A的谐波电流发射限值的规定。•上述简况已能说明，谐波问题已不是什么新问题了，早已有章可循了。——谐波问题不是新问题，是因为：4——谐波问题又是新问题，是因为：•谐波是当代科技进步的“产物”，随着科学技术的发展，非线性负荷用电设备的类型、数量和用电量的变化和更新换代是个不确定因素，这就需要去解决情况不断发生变化的新问题。•非线性负荷用电量的年增长率远高于发电量年增长率，这是电网的谐波迅速恶化的根源，非线性负荷用电量的来势凶猛，这必然带来尚不能被认识的新问题。•谐波源是电网谐波问题的根源。当前，重要的谐波源（非线性负荷用电设备）依次是电力整流器、逆变器、变频装置等换流装置占谐波源总数的66％；家用电器占谐波源总数的23％以及电弧炉等。这里可以看出换流装置和家用电器两大部分完全占据了核心位置。因此，在高新技术电力电子应用领域中，分析掌握新生的谐波源的特性及其运行状态，使得节能减排与谐波治理达到完美结合，这也是迫切需要深入研究的新问题。5——所以，研讨供配电系统中的谐波问题,就是一件很有意义的课题了。供配电系统谐波抑制设计技术一、谐波允许值二、谐波评估三、谐波抑制技术6一、谐波限值（允许值）——电力电子装置在运行中必然产生各次谐波。根据现有的技术水平要求其在运行中不产生谐波是不现实的也是不可能的。——既然谐波的存在是不可避免的，而谐波又是一种电磁骚扰，为使谐波骚扰造成的危害很少，能在工程中可以接受的水平，就必须将谐波限制在一定范围——谐波限值或谐波允许值。71.国内谐波限值规定（1）公用电网谐波限值8①电网谐波电压限值电网谐波电压（相电压）限值（GB/T14549-93）电网标称电压（kV）电压总谐波畸变率THDu（%）各次谐波电压含有率HRUn（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2%1001UUTHDHU%1001UUnHRUn谐波电压含量22)(nnHUU100(%)132222UUUUTHDnU9②注入公共连接点的谐波电流允许值注入公共连接点的谐波电流允许值（GB/T14549-93）标称电压(kV)基准短路容量(MVA)Sk2谐波次数(n)23456789101112131415161718192021222324谐波电流允许值（A）Inp0.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.5610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.794.34.93.97.43.610100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.13525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.3，有效值2111)(THDIIrms注：SK1时允许值：In=Inp（SK1/SK2）SK1—公共连接点的最小短路容量（MVA）。，100(%)1IInHRI100(%)122322IIIITHDnI10（2）非公用和工厂的中压、低压供电系统的长时谐波电压兼容水平和电压总谐波畸变率的允许值。11非公用和工厂的中压、低压供电系统的长时谐波电压兼容水平（IEC61000-2-4：2002）（GB/T18039.4-2003idtIEC-1994）谐波次数n谐波电压兼容水平(%)非公用和工厂供电系统Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类非3倍奇次谐波536873571133.5513334.5谐波次数17≤n≤492242.27×17/n-0.272.27×17/n-0.274.5×17/n-0.53倍奇次谐波335691.51.52.5150.30.42210.20.31.7521＜n≤450.20.21偶次谐波22234111.560.50.5180.50.5110≤n≤500.50.510.25×10/n+0.250.25×10/n+0.25112电压总谐波畸变率（THDu）允许值建筑物的电磁环境分类——可分为三类。——大型医疗中心、航空港、金融中心、电信枢纽、防灾中心以及冶金、化工、造纸等重点谐波监控治理行业中的计算机、自动控制和保护设备，其公共连接点的谐波电压的兼容水平宜符合Ⅰ类要求。——特级、一级办公建筑、特级剧场、大型商场及一般工业环境的公共连接点和系统或装置内部连接点（IPC）的谐波电压兼容水平宜符合Ⅱ类要求。——一般办公建筑、公共建筑以及一般工业建筑环境中，连接有下列设备时，其系统或装置内部连接点的谐波电压兼容水平宜符合Ⅲ类要求。●大部分负荷经换流器供电；●有焊接设备；●频繁启动的大型电动机；●快速变化的负荷。电磁环境类别Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类THDu5％8％10％13（3）低压电气设备谐波电流限值①单台设备每相输出的电流≤16A时各类低压电气设备的谐波电流发射限值设备类型A类B类C类D类谐波电流限值谐波次数n最大允许谐波电流(A)最大允许谐波电流(A)每瓦允许的最大谐波电流(mA/w)奇次32.303.4530×λ2.303.451.141.71101.141.970.771.1670.771.090.400.6050.400.50110.330.5030.330.35130.210.320.15×15/n3.85/n15≤n≤390.15×15/n0.23×15/n偶次21.081.62240.430.6560.300.458≤n≤400.23×8/n0.35×8/n设备类型举例调光器、音频设备便携式工具＜25W气体放电灯、＞25W的照明设备电视接收机、个人计算机及其显示器(%)输入电流中的基波电流最大允许谐波电流注：λ－－电路功率因数，n－－谐波次数14②单台设备每相输入电流＞16A，≤75A时平衡三相设备谐波电流发射限值（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003.idtIEC-1998）短路比最小值Rsce各次谐波允许电流In/I1（%）允许谐波电流畸变率（%）I5I7I11I13THDPWHD3310.77.23.12132266149531625120191274222825031201273738≥350402515104846%16n注：①12次及12次以下的偶次谐波的相对值不应12次以上的偶次谐波如同奇次谐波，计入THD和PWHD中考虑。②不同于表中的Rsce值相对应的各谐波电流限值允许用线性插入法求出。③In——第n次谐波电流，I1——基波电流，PWHD—部分加权谐波畸变率。④一台设备或一套用户装置的短路比，计算公式（Sce—短路容量；Sequ—设备的额定视在功率）单相设备：Rsce＝Sce/3Sequ；三相设备：Rsce＝Sce/Sequ；15不平衡三相设备谐波电流发射限值短路比最小值Rsce各次谐波允许电流In/I1(%)允许谐波电流畸变率（％）I3I5I7I9I11I13THDPWHD3321.610.77.23.83.1223236624138543262612027151065430302503520139864040≥350412415121084747注：①12次及12次以下的偶次谐波的相对值不应＞。12次以上的偶次谐波如同奇次谐波，计入THD和PWHD中考虑。②不同于表中的Rsce值相对应的各谐波电流限值允许用线性插入法求出。③In——第n次谐波电流，I1——基波电流。%16n16③单台设备每相输入电流＞75A时＞75A的平衡三相设备谐波电流发射限值（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003,idtIEC-1998）短路比最小值Rsce各次谐波允许电流In/I1（%）允许谐波电流畸变率（%）I5I7I11I13THDPWHD6614111081625120161211818291752014128253325030181383539350402515104846450503520155851600604025187057注：①12次及12次以下的偶次谐波的相对值不应12次以上的偶次谐波如同奇次谐波，计入THD和PWHD中考虑。②不同于表中的Rsce值相对应的各谐波电流限值允许用线性插入法求出。③In—第n次谐波电流，II—基波电流，PWHD—部分加权谐波畸变率。%16n401421nIInnPWHD240141)(nnWHDIIP172.国际电工委员会（IEC）和国外谐波限值水平18（1）IEC61000－2－2：2002《环境－公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容水平》公用低压电网的谐波电压兼容水平非3倍奇次谐波3倍奇次谐波偶次谐波谐波次数n谐波电压的兼容水平（%）谐波次数n谐波电压的兼容水平（%）谐波次数n谐波电压的兼容水平（%）5635227591.541113.5150.460.5133210.380.517≤n≤492.27×17/n-0.2721＜n≤450.210≤n≤500.25×10/n+0.25总谐波畸变率为8%19（2）美国IEEEstd-519:1992谐波限值水平（kV）各次谐波电压含有率（%）电压总谐波畸变率（%）2.4～6935115～1611.52.5短路电流/负荷电流＜2025～＜5050～＜100100～＜1000＞1000电流总需求畸变率(TDD)5％8％12％15％20％名称医院、机场一般系统逆变器负载电压畸变率3％5%10%20（3）国外谐波限值水平范围可归纳为：低压（≤1kV）:一般为5%，个别为4%，7%（国内为5％）。中压（24～77kV）：一般为2%～5%，个别为6%（国内为3％～4％）。——目前，在世界范围内最具影响的电磁兼容（EMC）标准有两类：①国际电工委员会（IEC）和欧洲标准——在欧洲、亚洲、澳洲和非洲有较大影响力。②美国电气与电子工程师学会（IEEE）和美国标准化协会（ANSI）标准在美国有很大影响力。我国有关EMC标准主要依据的是IEC61000系列标准。21二．谐波评估——谐波的出现将造成电流或电压波形的畸变,从而会降低电能质量，并且与供配电系统连接的非线性负荷引起谐波电流，通过系统阻抗，谐波电流产生谐波电压，又反向注入电源侧,进而引起供电电压畸变。北京电力部门已于2004年在《电能质量—公用电网谐波工作管理办法》中要求对谐波骚扰的危害进行全面评估，并应由有资质的单位完成。221.谐波频谱特征23（1）谐波实测数据（举例）①低压侧主进线回路谐波电流畸变率实测数据。写字楼的配电系统中，主要是3次、5次和7次谐波。电流畸变率值某写字楼8000㎡100000㎡馈出回路：空调、照明、插座、电梯、机房馈出回路：空调一、二，UPS、电脑、电梯、照明A相B相C相A相THDI15.30%16.20%17.20%11.80%THDI314.30%14.90%15.30%8.10%THDI52.70%4.10%5.50%7.90%THDI73.60%3.80%4.00%3.30%THDI91.10%1.80%2.00%0.30%THDI112.00%1.80%2.60%0.40%THDI131.30%1.20%1.40%0.30%24②整流设备不同的工作状态，不同的负荷率情况下的谐波实测数据。测试结果表明，在不同的负荷率情况下，整流设备的谐波电流畸变率也不同，负荷率越高，THDI越低，同时整流设备的频谱特性很宽。电流畸变率值某移动通讯大楼整流