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冶金工业中典型非线性负载的动态无功补偿及谐波抑制

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冶金动力8M E'Y A LL U RG I C A L PO W E R 2012年第4期总第152期冶金工业中典型非线I生负载的动态无功补偿及谐波抑制陈然(中冶华天工程技术股份有限公司，江苏南京210019)【摘要】总结了冶金工业中的感性负载、容性负载和电弧炉负载的谐波状况，并针对这些负载所产生的谐波和无功功率，详细阐述了如何抵消负基波无功功率、谐波无功功率，以及如何解决三相不平衡负载的平衡化问题．同时根据工程案例，对几种不同的治理方案做出了比较。

【关键词】负载：谐波；无功功率；功率因数一【中图分类号】T M531．4【文献标识码】B【文章编号】1006—6764(2012)04-0008-04D ynam i c R eact i ve C om pens at i on and H ar m oni c Suppr es s i on of T ypi calN on-l i nea r L oad i n M et al l ur gi c I ndus t r yC H E N R a n删删蛔Engi aeer lng＆Technol ogy C or por at i on M C C,N t m j i ng,Ji angsu210019,C hi na)【A bs tr act】The har m oni c s t at us of r eac t i ve10a d。

e onde ns i ve l oa d and ar c furnac e10矗i n m e t al l ur gi c i ndust r y i s s um m ari zed．In t he l i g ht of har m oni c a nd r eact i ve pow er c aus ed by t he10ad．i t s et s f or t h i n det ai l how t o of fs et r eac t i ve pow er of ne gat i v e base w ave a nd r eact i vepow er of har m oni c。

and how t o sol ve bal anc ed i s sue of t he unhal aneed t hree-pha舱l oad．hIt e肌s of t he e n gi ne er i ng ca舱．se ver al di f f er ent t r ea t m e nt pl ans ar e com par ed．【K ey w or ds】l oad；har m oni c；r eact i ve pow er；,pow er f act or1冶金工业中各负载类型的谐波状况1．1可控硅整流器带感性负载例如：直流调速系统；交一交变频调速系统；直流电弧炉等。

其特点是5次谐波量的20％；7次谐波量约占14％；11次谐波量约占9％；13次谐波量约占8％。

对谐波滤除率要求不严格的场合可选用标准无功功率补偿装置。

标准无功功率补偿装置内部由若干路按8421比例配置的谐波滤波器，每路滤波对5次及5次以上谐波均呈感性，因而不会产生谐波放大现象。

对谐波的电抗值随投人的基波无功量的增大而减小，使滤波效果变好。

换句话说．单位电容器流人的谐波量大量基本一定，投入的电容器越多，滤波的效果越好。

这种标准无功功率补偿装置可以不用事先测量负载谐波电流实际值。

对谐波滤除率按国标要求的场合，就要设计对谐波接近谐振的各次滤波器。

这种滤波器投入电网可以吸收负载95％以上的谐波电流。

因此必须根据用户提供的最大可能的谐波电流值选择电容器及电抗器的电压及电流参数。

1_2二极管整流器带容性负载典型的是电压变频器。

其特点是，只包括5次及5次以上的谐波。

并且随进线电抗大，h不同，各次谐波比重也不同，但是，高频谐波含量往往超过可控硅整流器带感性负载的情况。

这类负载的另一个特点是功率因数在0．97以上，基本不需要补偿。

当变压器所接触这类负载外还有较大的基波无功功率负载时，可以采用上述的补偿方案，在补偿基波无功功率的同时。

滤除谐波电流。

如果变压器只接这类负载。

就要设计专用的滤波装置，它能吸收较大的谐波电流，而输出基波容性无功电流较小，不会出现过补偿现象。

这种滤波器由于c小L大，因而成本较高。

1．3交流电弧炉负载其特点是2次、3次、4次、5次及6次谐波电流含量较大，为避免谐波放大，2次、3次、4次、5次、及6次谐波器几乎工作在谐波状态，并且要按客户提供的实隔皆波情况设计各次谐波滤波器。

2动态无功功率补偿装置的功能2．1降低供配电系统的损耗供配电系统的损耗与供配电系统通过的总电流的平成正比，系统总电流下降到0．707，损耗将下篙糅。

嚣冶L 金U R C 动A LW 力E R l 52M E TA LL U R G I C A L PO W E R9总钔期y降50％。

例如：一台315kV A 的供电变压器，高峰负荷时，电流达到额定使，功率因数cosp 。

-o ．7，如果通过无功功率补偿将功率因数提高到cos q=-=O ．93(I )改善功率因数以后，电能损耗下降的百分数为43．35％。

计算如下：因为负荷有功功率不变．。

．Sl*co 孵s2c 唧：BP 12=11×兰鲁损耗与电流平方成正比，故其下降值为：22毕×100％---43-3j ％‘(2)挖掘出变压器容量潜力△_s 为78kV A ，计算如下：因为负荷有功功率不变．．Sl'co 叩l=S2．cos ‘p2即潮×罴血幽母(1罟)×5l=(1昔)x315=78kV A(3)变压器及线路每年减少损失为41867kW h 。

计算如下：变压器额定输出时，自身损耗在3％～5％左右，那么变压器每年减少损耗为：365×24×315×4％×43．35％--47848kW h 。

根据华北电管局统计资料，线损耗一般为5％，那么线路每年减少损耗为：365×24×315×0．75％X 43．35％=41867kW h 。

注：动态无功功率补偿装置的有功节能只是降低了补偿点至发电机之间的供配电的损耗。

所以高压网侧的无功补偿不能减少低压阀侧的损耗，亦不能使低压供电变压器的利用率提高，根据最佳补偿理论，就地动态无功功率补偿节能效果最为显著。

2．2提高供配电系统的利用率(增容)由于供配电系统中无功功率的存在，使得供配电系统利用率下降，当供配电系统功率因数从co 印。

提高到cos 亿时，供配电系统的增容率=竺竺!二!!竺!×100％。

c08妒I例1：某供电系统通过无功功率补偿将功率因数由eos _(pl -0．7提高到eos ‘pl -0．95．那么增容率=塑岳呸×100％：35．7％。

例2：某一独立的供配电变流系统动态功率因最低为cosq ，=O ．2，通过动态无功功率补偿将功率因数提高到c 。

叩2_0．9，那么动态增容率：—0．9矿-0．2×100％=350％。

由此可见动态无功功率补偿的效果非常显著。

2．3稳定供配电系统的网压供配电系统的电压下降是由于系统内阻抗上的压降造成的。

供配电系统内阻抗一般可以认为是变压器漏抗和系统阻抗组成，变压器漏抗一般大于系统阻抗，低压远距离供配电系统反之。

下面从三个方面来分析系统输出电压与电压降的关系：根据公式：E =U +A Ⅳ式中，卜系统开路电压；【卜—-系统运行电压；△￡7—一系统电压降；卜一系统视在电流。

分析1：负载为纯阻抗时，变压器最大输出电压：￡陪V 矿一<扩i E其中，当变压器输出为额定电流时，酝掣×100*4～7结论：负载为纯阻性时，变压器输出电网￡，比变压器开路电压E 有所降落，但是很小。

分析2：负载为纯感性时，变压器最大输出网压：E 砸—△U结论：负载为纯感性时，变压器输出网压￡，比变压器开路电压E 有所降落，最大电压降落△皓巩×E1丽广。

分析3：负载为纯容性时，变压器最大输出网压：U =E 十△U结论：负载为纯容性时，变压器输出网压u 比变压器开路电压E 有所升高，A U =皇晶导。

从上面三种负载情况的分析可以看出，稳定网压的方法即：(1)提高功率因数，减少视在电流；(2)改变zl U 的方向使系统呈容性。

因此可以通过动态无功功率补偿实现对功率因数的调整，以达到对供配电系统网压幅值的控制。

2．4动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用工业电网向非线性负载供电．不仅可以产生基波无功电流，还可以产生电网供电频率的整倍的冶金动力2012年第4胡10M E T A L L U R G I C A l．．F'O W E R总第152期谐波无功电流。

谐波电流的危害有以下几个方面：(1)大大增加了电力网中发生谐振的可能，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。

(2)增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率。

(3)使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器等)运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。

(4)使继电保护、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常或者不能正常运动或操作。

(5)使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量。

(6)干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。

随着电力电子技术的飞跃发展，我国的工矿企业中大量使用以晶闸管为主要开关器件的整流及变频设备，这些设备都是产生大量谐波的发源地。

我们在许多工矿企业中，经常遇到这样的情况，无功功率补偿装置(电容器直接补偿)投入后，供电设备中的电器件(包括变压器、电抗器、电容器、自动开关、接触器、继电器)经常损坏，这就是谐波电流被电容器直接补偿引起谐波放大后而造成的。

当f kl>I Io．}或l J哪l>I J岫I时，均称为n谐波电流大。

其中：L——Ⅵ次谐波流人变压器的电流；L——71次谐波流入补偿电容器的电流；J抽——n次谐波源电流。

漏抗圈1系统中的曙波电流电容直接补偿引起的谐波放大现象是如何产生的呢?当负载中存在I t次谐波电流，n时，补偿电容器所在电网上级变压器流人谐波电流k，补偿电容器所流人谐波电流L，下面是它们的表达式：肛——与—一×，I(1)1-A。

I t U％o——}×，I(2)1-A。

f仉％。

式中，n——诣波次数；Ef r—一上级变压器短路电压比；A．——电容器静补电力与上级变压器额定电流比。

公式(1)和(2)表明当k和，哪大于负载产生的谐波电流，n时，所造成的谐波放大现象是由于分母的绝对值小于1导致的。

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一种新型的谐波抑制及无功补偿方法

一种新型的谐波抑制及无功补偿方法


电流 536.58
0.530 0.054 0.401 0.087 0.174 0.866 4.215 1.100 3.155 1.059 1.070 0.622 0.409
30
吕春美， 等： 一种新型的谐波抑制及无功补偿方法
2010 年第 12 期
设置串联电抗器前后， 流入系统的谐波电流 与负载谐波电流之比 IS / IC 如图 4 所示。 从图 4 可以看到， 设置串联电抗器后， 流入系统的高次 谐波减少了。 因此在系统中主要谐波 11 次和 13 次谐波电流消除的情况下， 串联电抗器极大提高 了谐波抑制的效果。
进行谐波抑制及无功补偿方案， 实践表明该方案的滤波及无功补偿效果良好。
关键词： 谐波抑制； 无功补偿； 无源滤波器； 中频炉
中图分类号： TM761+.12
文献标志码： A
文章编号： 1007-1881（2010）12-0028-04
A New Approach to Harmonic Suppression and Reactive Power Compensation
（b）低 次 谐 波 放 大 率 图 4 流入系统的谐波电流（谐波阶次）
同样可以从图 4 看到， 串联电抗器会增大低 次谐波的放大系数。 但是 5 次和 7 次谐波电流在 主变的一次侧抵消， 因此实际的放大系数并不大。 除此之外， 串联电抗器在故障发生时还起到限流 电抗器的作用， 增强系统的稳定性。
知：Uσ1 =3%， Uσ2 =1.5%。 无串联电抗器时系统的等效阻抗为图 3 中的
XS， 等于 35 kV 系统内阻抗、 变压器一次侧 漏抗 和变压器二次侧漏抗之和。 将参数折算到二次
侧， 有：
XS =2X′S +2X′σ1 +X′σ2
一种新型的谐波抑制及无功补偿方法

一种新型的谐波抑制及无功补偿方法

一种新型的谐波抑制及无功补偿方法摘要：自八十年代以来，随着我国社会经济的发展，国家以及人们日常生活的用电需求量日益增大，从而促进了我国电力工业日新月异的发展趋势，因此对电力工业操作水平要求也不断提高。

不仅现在输变电设备的装机容量相比之前大很多，就连输变电设备的质量和电力自动化水平也得到了相当程度的提高。

但是随着电力工业负荷的种类和容量的增加，电力工业中存在的问题也逐渐显现，变流器负载体是电力工业电子技术的核心装置，变流器使用的范围和使用量也较大，从而导致了一系列的恶化电能质量的现象发生，比如电压和电流谐波以及其他干扰。

本文将探讨谐波无功研究的现状以及存在的问题，通过认真探索得出一种新型的谐波抑制方法，从而解决谐波抑制和无功补偿的问题。

关键词：谐波抑制；无功补偿；抑制方法随着现代科学技术的发展，电力电子装置得到广泛应用，从而也给电网带来了严重的谐波污染。

谐波电流会增加功率损耗，影响用户自身用电设备和电网设备的正常运行，严重时会引发系统谐振和电力系统事故。

某钢厂用户由于谐波污染严重，导致4台中频炉变压器（简称炉变）烧损，经济损失惨重。

通过调查分析，综合考虑各种因素，设计一种新型谐波抑制装置：在炉变低压侧装设无源滤波器，在高压侧串联电抗器，充分考虑装置绝缘距离以及谐波电流较大情况下消谐装置的保护问题，取得了预期效果。

1 谐波、无功的概念及危害无功功率包括感性无功和容性无功两类。

无功功率是指电源能量与容性负载电容中的电场能量发生着能量之间的可逆转换，而占有的电网容量。

从概念方面理解无功功率是一个很抽象的问题，但对于发电和用电来说无功功率作为有功功率的基础条件，也是必备条件。

无功功率和有功功率之间的关系就像水和茶杯一样，无功功率就比做茶杯而有功功率就比作是水，要想盛入更多的水，只有把茶杯的高度和容量提高。

同理想要得到更多的有功功率就要有更多的无功功率。

但是在日常使用中输电网络被无功功率的影响很大，主要表现情况如下。

谐波治理及无功补偿方案

谐波治理及无功补偿方案

谐波治理及无功补偿方案谐波治理及无功补偿方案随着现代电力系统的快速发展和应用，电力质量问题日益凸显。

其中一个主要问题就是谐波污染，谐波污染会对电力系统产生极大的危害，如烧毁电器设备、造成供电失灵等。

为了有效解决谐波污染问题，可以采用谐波治理及无功补偿方案。

一、谐波治理1.谐波发生的原因谐波是指电源产生的不同于基波频率的信号，其会把电力系统中的电压和电流形成很多波峰，属于高频电流。

2.谐波的产生谐波的形成，主要是由非线性负载所引起（例如变频器、电子电路等），这些负载会对输电线路上传输的电能进行畸变，导致电力系统中产生多余的波形。

3.谐波的危害谐波的危害十分显著，其主要表现为电力系统中的电器设备可能会受到烧毁的风险，从而引发一系列的安全事故和设备故障。

4.谐波治理方案（1）滤波器法：通过在负载侧增加合适的滤波器，可以去除输出信号中的高频波形，让电力系统中的电路保持基波同步。

（2）减小非线性负载法：由于非线性负载是谐波形成的主要原因，因此可以通过减少或替换负载器件，从而降低谐波的产生。

（3）提高系统阻抗法：当系统的阻抗增加时，电源的输出电流会减少，从而谐波的产生会得到一定的减少。

二、无功补偿1.无功补偿的原理无功补偿是一种电力系统中无功功率的调节方法，其通过连接电容器或电感器，来对补偿线路进行补偿，从而实现对无功功率的控制和调节。

2.无功功率的特点无功功率具有波动性和成段性的特点，这是由于电力系统中产生的无功功率主要受到负载方向或回路的变化所影响。

3.无功补偿的作用（1）提高功率因数：在无功补偿的情况下，系统的功率因数会有所提高，从而有效降低负载对电力系统的影响。

（2）降低电网损耗：通过对电路进行无功补偿，可以将电力系统中的无功功率转化为有用的有功功率，从而减少电网的能量损耗。

（3）提高电力系统的稳定性：无功功率的波动会影响电力系统的稳定性，因此，通过无功补偿，可以有效地提高电力系统的稳定性。

4.无功补偿方案（1）串联电容补偿法：通过在电路中增加合适的等效容值，可以将谐波电流从发电端分流到电容器中。

锌冶炼电网中谐波治理及应用

锌冶炼电网中谐波治理及应用

锌冶炼电网中谐波治理及应用崔红红巴彦淖尔紫金有色金属有限公司，内蒙古　巴彦淖尔　０１５５４３摘 要：随着电力技术的发展，电能成为我们生活、工业中必不可少的能源之一，锌冶炼生产系统中，由于工业生产中整流设备、变频设备、电子装置、电葫芦等设备的使用，产生大量的高次谐波，使得电网系统电能质量下降，所以对电网中谐波的治理迫在眉睫，本文通过锌冶炼系统电网运行的实际情况分析谐波的来源和治理的方案。

关键词：电网质量；谐波治理；无功补偿中图分类号：ＴＭ９３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２４）０２－００１０－５Harmonic control and application in zinc smelting power networkCUI Hong-hongＢａｙａｎｎａｏｅｒ　Ｚｉｊｉｎ　ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｃｏ．　，　Ｌｔｄ．　，　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ，　Ｂａｙａｎｎａｏｅｒ，０１５５４３Abstract:　Ｐｏｗｅｒ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　ｔｏ　ｍｙ　ｄａｉｌｙ　ｌｉｆｅ　ａｎｄ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ，　ｗｉｔｈ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，　ｚｉｎｃ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅ，　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｈｏｉｓｔ，　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，　ｐｒｏｄｕｃｅ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃ，　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｇｒｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｅｃｌｉｎｅ，　ｓｏ　ｔｈｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ　ｉｓ　ｉｍｍｉｎｅｎｔ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｚｉｎｃ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｓｏｕｒｃｅ　ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Keywords: Ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｑｕａｌｉｔｙ；　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ；　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ收稿日期：２０２３－１２作者简介：崔红红，女，生于１９８５年２月８日，甘肃天水人，高级工程师，科长。