半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则

半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则

国家标准 GB/T10236一2006 代替GB/0236-1988 半导体变流器与供电系统的 兼容及干扰防护导则 Guideforcopatibilityandproteetionofinterfereneeeffeets betweensemiconductorconvertorsandpowersupplysystem 2007-04-01实施 2006-11-08发布 国家质量监督检验检疫总局 发布 小 国国家标准化管委员会国家标准
GB/T10236一2006 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 变流器对电网的扰动 变流器扰动 网侧的电流谐波和电压谐波 换相缺口 17 电压波动和闪变 变流器的抗电网干扰 5. 概述 变流器的抗扰等级 变流器的抗扰极限值 22 变流器与电网的兼容性估计 25 配电母线分类 6. 25 兼容性估计的内容及步骤 25 功率因数补偿与并联谐振 26 26 概述 7.2变流器的功率因数 26 功率因数补偿 30 并联谐振 32 测量 35 8 概述 35 8.2谐波的测 35 8.3闪变的测量 39 8.4不平衡度的测 40 8.5功率因数测量 1 8.6换相缺口测量 42 附录A资料性附录)按限制电压波动要求计算最小短路比R及短路容量的计算实例 43 附录B(资料性附录)兼容性的估计 44 附录C资料性附录移相电容器补偿容量的计算 49 50 附录D(资料性附录)有交流电动机负载时谐波放大系数的计算
GB;/T10236一2006 前 言 本标准代替GB/T12036一1988(半导体电力变流器与电网互相干扰及其防护方法的导则》 本标 准在制定过程中,主要参考了GB/T3859,IEEEstd519以及电能质量和电磁兼容等相关标准和资料 与原标准GB/T12036一1988相比较,内容做了较多补充,主要为 增加了相关术语和定义 1) 22) 补充了电能质量的有关限值和测量技术的内容; 3)提供了一定的滤波器应用方面的工程经验; 4)增加了有源无功补偿技术的一些内容 为方便起见,本标准正文的叙述中,一般使用“电网”一词,与术语“供电系统”的含义相同 本标准的附录A、附录B、附录C,附录D均为资料性附录 本标准由电器工业协会提出 本标准由全国电力电子学标准化技术委员会(SAC/TC60)归口 本标准起草单位电力科学研究院;西安电力电子技术研究所;南海市樱花电气有限公司 本标准主要起草人:林海雪、潘艳、自继彬,龙绀清、蔚红旗、,杨晓楠、廖秀华 本标准于1988年首次发布
GB;/T10236一2006 半导体变流器与供电系统的 兼容及干扰防护导则 范围 本标准规定了半导体变流器与供电系统兼容问题,并提供相互干扰的处理原则和方法 本标准是GB/T3859在半导体变流器与供电系统兼容方面的补充 本标准适用于电网换相半导体变流器,其他类型的半导体变流器可以参照使用 本标准不涉及音频和射频方面兼容性问题 规范性引用文件 下列文件中的条文通过本标准的引用而成为本标准的条文 凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 GB/T2900.33电工术语电力电子技术(GB/T2900.332004,IEC60050-551:1998,IDT) GB 3859.1一1993半导体变流器基本要求的规定(eqvIEC60146-1-1:1991 T GB/T3859.2一1993 半导体变流器应用导则(eqvIEC60146-1-2;1991 GB12325一2003电能质量供电电压允许偏差 GB123262000电能质量电压波动和闪少 14549电能质量公用电网谐波 GB/T155431995电能质量三相电压允许不平衡度 GB/T15945-1995电能质量电力系统频率允许偏差 电磁兼容限值中高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估(GB/Z17625.4 GB/乙17625,4 2000,idtIEC61000-3-6:1996 GB/Z17625.5一2000电磁兼容限值中高压电力系统中波动负荷发射限值的评估(idtIEC 61000-3-7:1996) 电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和 GB/T17626.7一1998 测量仪器导则(idtIEc61000-4-71991) GB/T18481一2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压 GB50227一1995并联电容器装置设计规范 Ec61000-415电磁兼容试验和测量技术闪烁仪表功能及设计规范 IEEEstd5191992IEEE对电力系统谐波控制的推荐做法和要求 术语和定义 本标准所用的有关术语及其定义均来自“引用文件” 某些术语在几个文件的定义上有些差别,则 选用电力工程上较为习惯的名称和定义;有的术语可能有更广泛的含义,但此处所给出的定义一般只反 映本标准应用时的特定含义 electricaldisturbance 电扰动 电量(频率,电压方均根值、电压不对称度、电压波形等)超出规定限值的任何变化 电扰动可能引
GB/T10236一2006 起变流器性能下降、工作中断或损坏 注:本标准涉及的扰动均指电扰动 3.2 系统扰动systembornedisturbanee 由于诸如配电系统负荷变化、开关操作、电网结构改变等一系列情况而引起的扰动 它只能用统计 值来确定 3.3 变流器扰动convertorgenerateddisturbanees 变流器负载的非线性所引起的扰动(见4.1 变流器的受扰级别convertordisturbedlevel 扰动超过规定值后,对变流器运行所产生的影响程度，一般可分为三种情况,即F级(影响性能、T 级(中断运行)、,D级(损坏)见5.1 3.5 变流器的抗扰等级convertorimunityelass 变流器承受扰动的能力 只要任何扰动均不超过规定等级的限值(见5.2),变流器就能正常工作 变流器与电网兼容eompatibiltyofconvertorandline 如果变流器扰动不超过电网规定限值,同时变流器抗扰等级的规定值不低于所在电网参数的允许 变动限值(见5.3),则称变流器与电网兼容 3.7 短路比Rrelativeshort-eireuitpower 在规定的运行条件和网络结构下,电网中规定点的短路容量与变流器网侧表观功率之比 3.8 谐波harmonie 非正弦周期波形中所含的频率为其基波频率整数倍的正弦分量 特征谐波(变流器的) characteristicharmonic(ofconvertors) 变流器在理想三相对称条件下运行时所产生的那些谐波 对于力脉波的变流器,其特征谐波次数 为k力士1,其中人为正整数 3.10 非特征谐波(变流器的) uncharacteristieharmonic(ofconvertors 变流器产生的特征谐波以外的那些谐波 非特征谐波可能因冲击频率、特征谐波和基波的失调或者由于交流电压或阻抗的不对称、,延迟角不 对称、负荷的波动以及周波变流器的运行而产生 注，周波变流器产生的非特征谐波一般为非整数次谐波,对于三相输出的六脉波变流器,如输出谐波为h，次,则产 生的谐波可以表达为h=kp士1)士6nh (式中n为正整数) 非整数次谐波又称谐间波或间谐波 3.11 谐波含量harmoniccontent 从周期性交流量中减去基波分量后所得的量 3.12 谐波含有率harmoicratio HR 某次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示) 第h次谐波电压含有率以 HRU表示;第h次谐波电流含有率以HRI表示
GB;/T10236一2006 3.13 总谐波畸变率 totalharmonicdistortionm THn 所有各次谐波的方均根值对基波方均根值之比(用百分数表示) 电压总谐波畸变率为THD;电 流总谐波畸变率为THD 其表达式如下 u THD，= ×100% 式中 U 第h次谐波电压的方均根值; 基波电压的方均根值; U -所含最高谐波的次数 THD -×100% 式中 -第h次谐波电流的方均根值; 基波电流的方均根值 3.14 不平衡度 unblaneefaetor 指三相电压(或电流)不平衡的程度,用电压(或电流)负序分量U.(或!.)与正序分量U或)方 均根值之比(用百分数表示) 电压(或电流)不平衡度用e(或e)表示 ×100% Eu u ×100% e1= 3.15 电压变动relativevotagechange 在电压方均根值变动的特性上,相邻两个极值电压之差,以系统标称电压的百分数表示 3.16 luctuation 电压波动odluaget 电压方均根值一系列的变动或连续的改变 3.17 电压变动频度rateofoeurreneeofvtagechanges 单位时间内电压变动的次数(电压由大到小或由小到大各算一次变动) 同一方向的若干次变动， 如间隔时间小于30ms,则算一次变动 3. 18 闪变licker 灯光照度不稳定造成的视感
GB/T10236一2006 3.19 短时间闪变值 shorttermseverity P 衡量短时间(若干分钟)内闪变强弱的一个统计量值(见8.3.1) P,=1为闪变引起视感刺激性的 通常限值 3.20 长时间闪变值longtermseverity P 由短时间闪变值P推算出,反映长时间(若干小时)闪变强弱的量值(见8.3.1) cumulatiyd 累积概率函数 veprobabiltyfunetionm CPr 其横坐标表示被测量值(例如瞬时闪变值),纵坐标表示超过对应横坐标值的时间占整个测量时间 的百分数(见图23》 3.22 换相缺口eommutationnoteh 电网换相或机械换相变流器的交流网侧电压由于换相过程而出现的周期性电压瞬变 23 总功率因数 factor totalpower 有功功率对表观功率之比 有功功率 入= 表观功率 3.24 位移因数(基波功率因数) displancementfactorpwerfactorofthefundamentalwave) cosp 基波电压和电流的有功功率对它们的表观功率之比 基波的有功功毫 cOSp 液岗表观功率 3.25 滤波器ilter 用于降低流人电网特定部分的谐波电流和加于其上的谐波电压的一类设备的通称 3.26 阻尼滤波器dampedfilter 通常由电容器电感器和电阻器组成的,对于大范围频率呈现低阻抗的一种滤波器 这种滤波器通 常具有相对较低的Q(Xx/R)值 (Q值定义见3.31 3.27 高通滤波器high-passfiler 具有从某一截止频率(非零频率)至无限高频率的单一通频带的一种滤波器 3.28 串联滤波器seriesfilter 将高串联阻抗接在谐波源与被保护系统之间,从而减小谐波的一种滤波器
GB;/T10236一2006 3.29 并联滤波器shuntfier 通过提供低阻抗通路,将谐波从谐波源分流,从而降低流人被保护系统谐波的一种滤波器 3.30 调谐滤波器tunedilter 通常由电容器、电感器和电阻器组成的,对某一或某些特定频率有相对很小(很大)阻抗的一种滤波 器 对于并联(串联)滤波器而言,阻抗值为很小很大) 调谐滤波器通常具有相对较高的Q(X/R)值 3.31 品质因数qualityfaeor 在某一给定频率下,每周期最大存储能量与损耗能量之比的2开倍 其近似等效定义:;谐振频率与 谐振频率两侧谐振响应与谐振点相差3dB的两个频点之间带宽之比 如果谐振回路由一个电感L、一 个电容C和一个等效电阻R相串联组成,则Q值为 、" Q 员 3.32 公共连接点PCCpointofcommoneoupling 用户接人公用电网的连接处 变流器对电网的扰动 变流器扰动 变流器负载的非线性引起的扰动 这类扰动的例子有 谐波电流; 换相缺口用宽度.深度,面积表示 -电压变动(或波动和闪变 换相引起的重复性过渡过程,象窄脉冲那样由能量,峰值、上升速率等表示; 由变压器的合闸浪涌电流、清除内部或外部故障等因素引起的非重复性过渡过程; -非整数次的谐波例如变频器 交流器本身或其他变流器产生,被研究处的实际干扰电平可能随网络阻抗的改变而变化 注1:上述扰动可能由 该 变 注2:使用多台多脉波数和带移相变压器的变流器时,谐波可能成为次要问题,而电压变化却成为问题的关键 网侧的电流谐波和电压谐波 变流器等非线性电力设备接在电网中使用时,它们从电网吸收有功电流和无功电流的同时,也向电 网注人谐波电流,而谐波电流在电网阻抗上产生的谐波压降,使电网各点电压产生畸变,干扰了电网中 其他设备的良好运行 谐波对电网的干扰程度通常用电压和电流的谐波来衡量 当电网中的电力电容器(如补偿电容器、滤波器中的电容器)与变流器共存时,电容与系统间可能发 生并联谐振,从而放大谐波 关于并联谐振问题见7.4 4.2.1变流器产生的谐波电流 4.2.1.1谐波电流幅值 在理想情况下,假定电网换相变流器的直流电流平直,其电压脉波数为P,则网侧电流中只含有 kP士1次的特征谐波(式中为正整数) 第h次谐波的理论值为I,=I/h(式中I为基波值. 实际上由于各种非理想因素(电网电压不平衡,触发延迟角不对称等)的存在,不可避免的产生非特 征次数谐波 由于换相重叠现象、直流电流脉动等,实际的谐波值将与理论值有所不同 对于六脉波变流器,h次特征谐波可用式(8)和式(9)进行估算
GB/T10236一2006 I，=IL/(h一5/h)1 5GB;/T10236一2006 21 h-17 % h=5 20 =90 90" 10 30m 0 20 16 -90° h-19 -90' 30 20 3 0" 5” 10 a-90" 30 20 h一23 a-90 30° 20" h=1l T0 9o" 90" 20e 10 5 h=25 a-90” 20 h=13 12% 15 图1交流侧谐波电流含有率 注l:a为延迟角,逆变工作状态时,用裕度角y代替延迟角; 注2:本图计算中假定直流平波电感L=o; 注3:./I为延迟角a下h次谐波电流与理想基波电流之比: 注4:d为固有直流电压调整率的感抗分量 电力系统中的元件如变压器、输电线、电容器、电抗器及电力负载等对不同次数的谐波呈现出不同 的阻抗 所以,在谐波分析计算中,应采用与计算谐波相应的等值电路 滤波或容性补偿支路的谐波阻抗必须考虑 a
GB/T10236一2006 b 输变电用变压器谐波阻抗按4.2.2.3处理 对于低压系统,或短线路且谐波频率较低(<25次)时,则可以用串联集中阻抗代表线路模型 c 对于高压系统(6kV及以上),当输配电线路较长时例如;在40km,35kV以上的架空线; 5km,GkV及以上的电缆),或研究较高次数谐波(例如2次及以上)时,其电容值对谐波阻抗 的影响不容忽视.计算时可用I型等值电路来近似; 电动机和同步发电机的第h次谐波阻抗,可用该谐波次数乘它的直轴和交轴次暂态电抗平均 值(对于感应电动机可以用堵转阻抗值)来近似; 其他负载的阻抗对谐波计算的影响,只有当这些负载的容量与其所接人系统的短路容量可相 比拟时才给予考虑 负载的 重 要 组成部分有:(1)降压变压器，一般可由漏磁感抗和电阻表示; (2)阻性元件,对于并联谐振能起阻尼作用,使并联谐振频率附近谐波值降低;(3)电动机成分， 可能对谐振频率有影响 若系统的短路容量远远大于这些负载的容量,则它们的影响可以 忽略 4.2.2.2注入电网谐波电流的计算 图2a)所示为一典型的具有变流器负载的配电系统单线图,图2b)为第h次谐波等值电路 注人系 统h次谐波电流I可用此简单电路来计算 |供电系统 I 其他负荷 变流器 滤波器 b 图2典型的变流器负载配电系统(a))及等值电路()) 当其他负载的容量与系统短路容量相比很小时,可不考虑其影响,则: 山一无4不" 13 当同一配电系统中具有多台变流器时,可逐个计算每台变流器注人电网的谐波电流值及它们之间 的相位差,然后用向量叠加法计算总谐波电流 两台变流器同次谐波(第h次)电流合成值 ！，一、/I干干2IIcos 14 式中 I、 J两台不同变流器的第h次谐波电流值 L和I间的相位差 9A12
GB;/T10236一2006 在相位差不能确定时，一般可用下式计算第h次谐波电流的合成值: I，=、干K厂 15 式中K，系数可以按表1选取 表1式(15)中系数K，值 11 13 9 |>13|偶次 K 1.62 1.28 0.72 0.18 0.08 两个以上同次谐波电流叠加时,首先将两个谐波电流叠加,然后再与第三个谐波电流相加,以此 类推 当所研究的系统比图2所示的回路复杂时,通常需要用计算机模拟,使用相关专用程序进行分析 计算 4.2.2.3谐波电压计算 谐波电压是谐波电流流过电网谐波阻抗时产生的谐波压降 因而只要得到变流器产生的第次谐 波电流和第h次谐波等值电路,便可按电路理论计算系统中任一点的谐波电压及其含有率 以图2为例,配电母线上第力次谐被电压为(忽略其他负载影响)7 ZZ U，= -I，=1Z (16 Zz干Z h次电压谐波含有率为 HRU ×100% 17) U 总电压谐波畸变率为 R 18 THD. 一×100% 对不含电力电容器及滤波器的电网,为计算变流器母线上的谐波电压,在变压器的谐波阻抗远大于 系统的谐波阻抗时,可用变压器的谐波阻抗作为系统的等值谐波阻抗(电网谐波阻抗更为详细的考虑 可参考GB/17625.42000) -般情况下,变压器的谐波阻抗可直接用其漏抗乘以谐波次数来近似,必要时可用下式计算 [1十ro十 U 19 ------ Z= Q十1/ 式中 Q,=X./R,,约为8~12:; Q=R,/X.,约为80120; =U'/X. S. 与负载损耗相对应的串联电阻 R 额定线电压; ULN 与空载损耗相对应的并联电阻 R， 谐波次数; 主变压器漏抗 第h次电压谐波含有率为 IU Z HRU 二×100%一 ×100% U、厅 UN/3
GB/T10236一2006 tt ×100% (20 人 R万一万 Q十1" 式中 Rec= S 变流器表观功率 S 4.2.2.4谐波电压与最小R 低压系统标准设计的电网换相变流器所引起的总电压谐波畸变率与脉波数力及最小R.值之间的 关系如表2所示,计算中假定变压器阻抗比采用Q,=8,Q,=100,且考虑有15%的非特征谐波(以六脉 波变流器的理论计算值为100% 表2要求最小的R.值(适用于低压系统 总电压 p=12 =18 =24 谐波 AE A Ae: A 畸变率 百分值 U. 百分值 百分他 U U R R R 百分值》 THD % % % % X 电角度 % 电角度 电角 电角度 25 19 18 0.55 0.54 .0 231 0.41 150 0.43 106 99 1.5 154 40 0.62100 29 0.65 71 27 0.81 66 22 0.81 3.0 77 74 1.23 50 57 1.30 35 55 1.65 33 43 1.63 21 91 5.0 46 124 2.06 30 93 2.17 2. 75 20 72 2.68 8.0 29 198 19 151 3.42 13 147 44 12 119 4. 3,27 4.47 23 248 15 4.28 1o 5.55 5,59 184 10.0 .09 189 149 注1对中压系统,所需的最小R.为3倍于表2所示的R.值;对高压系统,所需的最小R.为表2所列R.值的2倍 注2:不适用于装有电容器组或滤波器的情况; 注3:所列谐波电压系指变流器接人电网后引起的新增部分,不包括该处原有的谐波; 注4:列出的电网电压缺口面积Ae,系指单个缺口的面积(不存在多重换相),见4.3.1: 注5:表中所列的谐波值对应于变流器运行在额定网侧表观功率s下的数值 注6;表中值按下列原则推出;当力给定时,THDR =常数 4.2.3谐波限制 为了保证电力系统中各电气设备的良好运行,必须限制变流器对电网的干扰程度 根据 GB/T14549规定,表3和表4分别给出了电网谐波电压(相电压)限值和注人电网公共连接点的谐波电 流允许值 表3电网谐波电压(相电压)限值 各次谐波电压含有率/% 电网标称电压 电压总谐波畸变率 kV 奇次 偶次 0,38 5.o 4.0 2.0 6或10 4.0 3.2 1.6 35或66 3.0 2.4 1.2 110 2.0 1.6 0.8 l0
GB;/T10236一2006 表4注入公共连接点的谐波电流允许值 标称 基准短 谐波次数及谐波电流允许值/A 电压 路容量 1o1112 13 16 17 15 18 20 22232425 MVA ky 78 18 12 62 21 12 8 0.38 10 3962264419 16281324 .616l7.88.97." 43342134142小 8.5l6 100 13l6.16.85.31o4.79.04.34.93.97.43.66.8 26 10 100 201320|8.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.2]6.02.85.42.62.92.34.52.14. 15 35 250 12l7.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.5 66 500 16138.1135,49.34.14.33.35.92.75,o2.32.62.l3,81.83,41,61.91.52.81.42.6 110 750 129.66.o9.64.o6.83.o3.212.44.32.03.7.71.91.52.8.32.51.21.4.12.11.o1. 迷，230kV基准短路容量取2oMVA 同一公共连接点的每个用户向电网注人的谐波电流允许值按此用户在该点的协议用电容量与其公 共连接点的供电设备容量之比进行分配 分配的计算方法如下: 在公共连接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值(I)按下式计算 l" I=IS/S, 21 式中 -按式(22)换算的第h次谐波电流允许值 第i个用户的用电协议容量 公共连接点的供电设备容量; 相位迭加系数,按表5取值 注:S应和最小短路容量下供电方式相对应 表5式(21)中系数a值 >13 11 13 偶次 1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 当用户本身的用电设备对谐波电压的要求较表3规定的限值更为严格时,还可提出更为严格的限 制,并由供用电协议确认 而表4所列注人电网的谐波电流允许值是对表列基准短路容量值而言的,当 实际公共连接点短路容量与表列短路容量不同时,允许注人的谐波电流值由下式计算 22 号 式中 实际允许注入的谐波电流; n 表4所列的谐波电流值; 表4所列的基准短路容量; S 电网的实际短路容量(取正常方式下最小短路容量) S 4.2.4谐波抑制 谐波抑制的目的是降低母线上的电压和电流谐波,使其不超过国家标准规定的数值,但谐波电压不 仅与谐波电流有关,还与电网的谐波阻抗有关 抑制谐波的基本措施如下 4.2.4.1提高短路比R 在设计和实际应用中,尽量选取较高的R_值是抑制谐波和一切干扰的有效措施 对于低压系统 ll
GB/T10236一2006 推荐的最小R.值如表2所示 4.2.4.2变流器本身采取的措施 增加变流器的脉波数是减少谐波电流的有效措施 一般大容量变流器本身就需要多个变流器串、 并联构成,因而适当增加脉波数并不明显增加投资 但脉波数超过12时,要考虑对投资和维修带来的 影响,应通过技术经济比较后使用 一般在相同容量若干台六脉波变流器基础上,利用变压器绕组之间 适当移相,达到增加脉波数的目的 设变流器台数为m,m个二次绕组间的相互移相角为0,则m,、 之间的关系如表6所列 表6m、0和》之间的关系 -般 30 20 15 12" 0=60°/m 12 18 24 30 6m 应注意,采用移相法增加脉波数时,变压器一次绕组必须共电源至于移相角0,可由绕组的不同接 法或由曲折接线实现 例如0=30",可用y和d接法的两个二次绕组实现;0=20",可以由一组y接法 当二次绕组匝数较少时,很难做到谐波按理论完全抵消 对具有相 加士20°两组移相的曲折绕组实现 当 同(总)潮定值的等效六脉被联结.非特征谐被可达到理论值的8%一20% 其他因素，如直流电流纹 波、三相不平衡等也会对谐波的频谱产生影响 一联结(半控桥)会产生偶次谐波 在容量较大的变流器中不宜采用 非均 3脉波的联结方式还会产生直流分量,因而必须使用适当的变流变压器.以防止直流分量流人 电网 延迟角的不对称将增大非特征谐波 在大型变流器中,延迟角的对称性应有严格的要求 正常运行时,避免在深度相位控制下工作,也能减小谐波电流 4.2.4.3滤波器 变流系统产生的谐波电流超过规定,母线电压总谐波畸变率或某一次谐波含有率超过规定,或因附 近通讯系统由特殊要求等情况时,可以设置滤波器,以减小谐波及其影响 通常，一套滤波装置包括几个单调谐的并联滤波器,有时还加一个高通并联滤波器 单调谐滤波器的滤波对象是幅值较大的,如3,5、7、l1、13次奇次谐波中的某一次谐波 一般系统 中有少量的偶次谐波电流,不必设置相应的滤波器 如果偶次谐波很大,也可设置偶次滤波器" 高通滤波器的主要对象是同时滤除幅值较小的几个高次谐波,如17、19、2325、次谐波 高通 滤波器仅在变流系统产生的谐波电流很大,而且用几个单调谐滤波器尚不能满足要求时使用 快速波 动负荷(例如电弧炉、轧机)的滤波系统中往往需要加适当的阻尼电阻即构成阻尼滤波器)来抑制非整 数次谐波(间谐波)的放大 总之,应根据变流系统发生谐波的大小,次数,变化性能以及电力系统对谐 波的限制要求来确定滤波器的型式、个数、容量及调谐次数 -般,滤波器总是兼起无功补偿和调整电压的作用,因而设计滤波器时要兼顾到无功补偿和调压的 需要 有关内容参见7.3 设计并联滤波器主要考虑因素有 使流人电力系统的谐波电流及由此引起的电压谐波不超过规定值; a b)成套滤波装置发出的总无功功率等于(或稍大于)按改善功率因数需要的无功功率; 滤波器在电网频率正常变动、滤波元件参数工程偏差,特别是电容量随温度变化而变动的正常 c 范围内,仍能满足滤波要求 单个滤波器或整套滤波装置的操作,不应使相应母线的电压波动过大或电压水平过高而危及 设备的安全运行; 应能承受正常的换相过电压及冲击涌流而不会受到损伤(特别是电容器); 12
GB;/T10236一2006 滤波器元件应保证正常安全运行 对滤波器的非正常失谐,应有相应的保护措施 f 滤波器的正常操作,应保证不致由于个别滤波支路切除而使其他未切除部分产生并联谐振， g h)滤波器应尽可能设置在靠近谐波电流发生源的地方 滤波器中元件的参数在运行过程中应定期检测,以免因参数变化而失去滤波作用 个别情况下,可以采用串联滤波器来减小变流系统和电网之间的谐波干扰 本本本 本，本 本 相电压 B 线电压 =30 换相 2U AUN/2 图3六脉波变流器阀侧电压缺口波形 注:为了清楚起见,图中的换相缺口已予放大,且略去寄生振荡 4.2.4.4有源电力滤波器 由可控阀器件构成的采用脉冲宽度调制(PwM)控制的有源电力滤波器,可产生相位、频率、幅值可 调的谐波电流,将这些谐波电流注人系统,以抵消原有的谐波,这是一种消除谐波的新方法 这种装置 实时补偿畸变波形,可以设计成只用于消谐而没有无功补偿和调压作用,其响应快、体积小,但限于技术 13
GB/T10236一2006 经济原因,目前还只在容量较小、对谐波补偿有特殊要求的系统中使用 4.3换相缺口 电网换相变流器在换相期间,参与换相的两相交流端子被瞬时短路,使变流器阀侧线电压突降到接 近于零 由于网侧存在电抗,这一电压突变现象将使电网的不同供电点出现电压缺口 电压缺口的宽 度等于换相重叠角,其深度取决于个供电点的短路阻抗比 换相引起的电压缺口使电网电压突变,可能激发起高频振荡、干扰通讯和电子设备的工作 对变流 器本身,若缺口宽度比触发脉冲的宽度还要宽,则会造成触发失败,使逆变器故障和整流器工作不稳定 换相缺口在低压配电系统中尤为明显 图3示出了典型六脉波变流器阀侧电压缺口波形图 图中的换流器在工作时,每一工频周期有6 次换相,对于某两相线电压(例如Uw)来说将出现2次较深的缺口两次短路),另4次为较浅的缺口 约为深缺口的一半) 4.3.1换相缺口计算 4.3.1.1换相缺口面积的计算 换相引起的交流电压波形缺口面积,取决于从电源到所计算点之间的电路阻抗吸收的伏秒积 缺 口面积体现出变流器对其他负载发生影响的程度 不考虑电容效应,对典型的六脉波变流器在电网某 点所引起的电压缺口面积(较深的主换相缺口),可由下式计算 .A、=Uw/6fR 23 式中 -所计算的缺口面积,Vs A 变流器理想空载直流电压,V; U -频率,Hz 计算点的电网短路容量对变流器表观功率之比 R 若面积用该点线电压峰值的标么值和电角度为单位,则. 57.3 .(24 AE= ×l00(百分值×电角度 以上计算都忽略了短路阻抗的电阻分量 示例见图4 s. Ux-380 PCC 图4 =50Hz Ux=380v(PCcC处的标称线电压)3 U=513V R =s./S=75. 采用三相桥式整流电路,则公共连接点PCC处换相主缺口面积 14
GB;/T10236一2006 A=513/6X50×75×10-有=22800V s) 或;A=(57.3/75)X100=76.4(百分值×电角度 4.3.1.2缺口宽度的计算 不计寄生电容的影响,换相缺口的宽度等于重叠角 当不考虑电路中所有电容对换相的影响时,只 要延迟角及换相电流I，相同,则电网各点的换相缺口的宽度将保持不变 4.3.1.3换相缺口深度的计算 换相缺口的深度在变流器阀侧端子处为交流电压瞬时值的100%,在电网的不同点,则由该处的短 路容量对表观功率之比R.决定,深度随R的增大而减小 缺口深度: AN U (V 25 或 U、=AE/u(%) 26 式中 -缺口宽度,州或4s; N 重叠角,用电角度表示 S=730MvA 66kV 0MVN K-0.125 Mc 10kV 电缆 长,0.13km 0.32mH/km 10kV/0.4lkV 4.2VA 4K-0.07 A 平 图5 4.3.2有专用变流变压器换相缺口的计算 计算中忽略电网和变压器的短路阻抗的电阻分量 系统如图5所示 若变流器内部没有臂电抗器,则A点处的线电压在换相时跌落到零,因而换相电压缺口深度与换 相发生瞬间的交流电压值之比为100%,而Bc,D各点的缺口深度逐渐减小,换相缺口深度与变流器 直流电流 值大小无关 各点换相缺口深度与交流电压瞬时值之比的计算见表7 15
GB/T10236一2006 表7 缺口深度 电压 1/s 点 U% S/S kV MVA" MVA (a=90') 66 1/730 730.00 46.97/730.00 D 6.4 1o 0.125/40 222.48 46.97/222.48 21.1 B 10 2开f×0.32×10-×0,13/10 216.20 46.97/216.20 21.7 0.4 0.07/4.2 46.97 46.97/46.97 100 注:以线电压峰值百分数表示的缺口深度与变流器的负载无关,且在这里假定为a=90"的最大值 它随sina的变 化而变化 4.3.3有公共变流变压器换相缺口的计算 由公共变流变压器通过电缆向多台变流器供电的情况,换相电感应包括每个变流装置的连接电缆 的电感,且这部分电感只对该台变流器的换相单独起作用 并联运行的变流器,在延迟角不同,且重叠角较小的情况下,可按4.3.2的方法计算 如果并联工 作的多台变流器的联结方式相同,各台连接的电缆也相同,且在相同延迟角下运行,在最不利的情况下， 这些电缆的电感将按其并联值计算,此时变流器公共连接点处的电压缺口深度将显著增大 4.3.4典型计算举例 按4.3.2假定,如图6所示的系统,分别计算只有1台变流器(或10台变流器,但重叠角较小,且不 在同一延迟角下工作)和10台变流器在同一延迟角下工作这两种不同情况下公共母线B处的换相缺 口深度 只有1台变流器(或10台变流器不在同一延迟角下工作时)的情况见表8 表8 缺口深度 1/S8 电压 S/S kV MVA-" MVA % E 66 1/730 730.00 8,08/730,00 1.1m ID 10 0.125/40 222.48 8.08/222.48 3.63 8.08/216.2o 3.74 l0 2l6.20 2rX0.32×10X013/10 B 0.4 0.06/1.6 23.74 8.08/23.74 34.04 2xfX0.32×10-1X0.13/0. 4 8.08 8.08/8.08 100 10台变流器在同一延迟角时见表9 表9 缺口深度 S 电压 1/Sk 点 SeA/S kV MVA-" MVA % E 66 1/730 730,00 19.88/730.00 2.72 D 10 0.125/40 222.48 19.88/222.48 8.94 10 2rX0.32×10-×0.13/10 216.20 19.88/216.20 9.20 B 0.o6/1.6 23.74 19.88/23.74 83.70 0.4 0.4 1/10)2x/×0.32×10-了×0.13/0,4 19.88 19.88/19.88 100 16
GB;/T10236一2006 66kV 730MVA 40MVA u-0.i25 10kV 电缆 长;0.13km 0.32mlH/knm 1.6MVA uK=0.06 0.4kV 电缆 长,0.13knm 0.32mH/Aknm 图6' 4.3.5缺口限制 缺口限制可按有关国家标准执行,同时还应满足变流器本身良好运行的要求(见5.3.4) 4.3.6缺口抑制 为了减少缺口的影响,设计中可采取如下措施 设置变流变压器或电抗器,以便在变流器与系统母线之间引人隔离阻抗,从而减小公共连接点 a 的缺口深度 隔离变压器应尽可能靠近变流器; b)变流器的控制线应与电力线隔离; 在设计触发电路时,预先考虑所接人电网可能出现的电压缺口 e 电压波动和闪变 电力变流器从电网吸收有功和无功电流,在电网的阻抗上引起电压降 对大型电机传动或电弧炉 用的电网换相变流器,因其工作制的关系,无功功率和有功功率变化幅度大,变化的速度快,使电网电压 发生频繁的波动,并可能产生闪变 因此大型变流器接人电网前需进行必要的验算 进行这种验算的 原始数据应包括;变流器的容量及工作制;所接人电网的阻抗(公共连接点处阻抗);国家有关标准所规 定的限制;所设计变流器的抗扰等级等 4.4.1电压波动 4.4.1.1电压波动的计算 交流母线接有变流器负载,当变流器由空载到满载(表现功半s,,功率因数角p)变化时,电压波动 17
GB/T10236一2006 值d可由下式估算: 兴×100%-" 一e)×100% d= cos(tan" 27 式中 S -电网在计算点处的短路容量; 电网在计算点处短路阻抗的感抗分量; 电网在计算点处短路阻抗的阻性分量; -般为4~1o 按电压波动要求确定R 4.4.1.2 为了保证因变流器负载变动而引起的电网电压波动不超过规定值,电网应具有足够大的短路容量 在确定电网的短路容量的最小极限时,应考虑变流器在最大过载电流和最低功率因数下的运行情况(如 传动用变流器工作在重载启动时 最小的R值可由下式确定 Slin 一p)/兴 28 Rmim =cos(tan" U S 最小R.的计算,可参见附录A给出的计算实例 4.4.1.3电压波动限制 电压波动的限制可按国家标准GB12326的规定执行,同时还应满足变流器本身的要求,见5.3.2 的规定 电力系统公共连接点,由某一波动负荷产生的电压变动限值和变动频度,电压等级有关,见表10 表10电压变动限值 d(%) r(-1 LV、MV HV "1 1GB;/T10236一2006 10 d/% 0.3 0.1 0' 10° 10 10 10-" r/min-1 图7周期性矩形(或阶跃)电压变动的单位闪变(P=1)曲线 表11周期性矩形(或阶跃)电压变动的单位闪变(P=1)曲线对应数据 2 d/% 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.1 3.0 9 2.2 2.0 l.9 0.76 0.84 0.95 1.061.20 1.36 1.55 1.78 2.05 2.39 2. .79 3.29 3.922 r/min d/% 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.0 0.95 0,90 0.85 0.80 0.75 4.71 5.72 7.04 8.7911.1614.4419.1o26.6 32.0 39.0 48.7 61.8 80.5 r/min d/% 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0,40 0.35 0.29 0,30 0,35 0,40 o 45 r/min 110 175 275 380 475 580 690 795 10521180140016201800 4.4.2. 电力系统公共连接点,由波动负荷引起的短时间闪变值P,和长时间闪变值P应满足表12 所列的限值 表12各级电压下的闪变限值 系统电压等级 LV MV HV 1.0 0.9(1.0 0.8 0.7(0.8) P 0.6 注1;标准中P和P每次测量周期分别取为10min和2h(下同). 注2:MV括号中的值仅适用于PCC连接的所有用户为同电压级的用户场合 4.4.2.2闪变限值根据用户负荷大小、其协议用电容量占供电容量的比例以及系统电压,分别按三级 作不同的规定和处理 第一级规定 满足本级规定,可以不经闪变核算,允许接人电网 对于LV和Mv用户,第一级限值见表13 对于HV用户,满足(As/s.)<0.1% 表13LV和MV用户第一级限值 k=(AS/S..(% r/min" 10 0.4 10<200 0.2 0.1 200<" 注1:表中AS -波动负荷表观功率的变动;S -P(CC短路容量(取正常方式下最小短路容量); 注2:以通过IEc61000-3-3和EC61000-3-5的LV设备均视为满足第一级规定 19
GB/T10236一2006 第二级规定 须根据用户闪变的发生值和限值作比较后确定 bb 每个用户按其协议用电容量s,(s,=P/cos)和供电容量s之比,考虑上一级对下一级闪变传递 的影响(下一级对上一级的传递一般忽略)等因素后确定闪变限值 不同电压等级之间闪变传递系数如 表14所列 表14不同电压等级之间闪变传递系数 HIV一MV HV一LV MV一1V Tnu Tn. TMn 范围 0.81.0 0.81.0 0.951.0 -般取值 0.9 闪变限值的计算如下 对于MV和LV单个用户,首先求出接于Pcc的全部负荷产生闪变的总限值G;(以MV用户 为例写公式 G=L-THML 29 式中 L和Liv" 分别为MV和HV的闪变限值(见表12); T -为HV对MV的闪变传递系数(见表14). 则单个用户闪空限值Em v为 30 E Gns S”F 式中 F 为波动负荷的同时系数,其典型值Fv=0.2一0.3(但必须满足S/FwGB/T10236一2006 P，="P)"P)"(P 32 式中 m值 -取决于主要闪变源的性质及其工况的重叠可能性: m=1用于波动负荷引起电压变动同时发生重叠率很高的场合; m=2用于随机波动负荷引起电压变动同时发生的场合(例如熔化期重叠的电弧炉); m=3用于波动负荷引起的电压变动同时发生的可能性很小的场合(比较常用) m=4仅用于熔化期不重叠的电弧炉所引起的电压变动合成 b)如图8所示,电力系统不同母线结点上闪变的传递可按下式简化计算 P 图8闪变传递计算示意 KP, 33 PA 式中 Se -为结点B短时间闪变值传递到结点A的传递系数 K似- S 6 P 结点B短时间闪变值传递到结点A,在结点A引起的短时间闪变值 -结点B上的短时间闪变值; Pen s -结点B短路时结点A流向结点B的短路容量; 结点A的短路容量; S.A 结点A短路时结点B流向结点A的短路容量 图8中L为波动负荷 当s.a=0,而s.=sa时.P.=尸m 某台设备在系统短路容量为S 时P已知,当短路容量变为S,时尸按下式计算: "一P 34 公式(32).(33).(34)原则上也可用于长时间闪变值的相关计算 有关闪变的预测计算方法,详见GB12326 -2000和GB/Z17625.52000 变流器的抗电网干扰 概述 电网的扰动超过一定的极限时,会导致变流器规定性能下降,或使其运行中断,甚至损坏 表16给 出了变流器的受扰级别 因此,为保证变流器正常运行,在设计时,除应考虑变流器对电网的扰动不超 过有关规定外,变流器亦需要具备一定的抗电网干扰能力 如果所设计的变流器的抗扰等级高于电网 存在的扰动等级(包括变流器本身接人后引起的扰动,并且变流器对电网产生的扰动也低于电网允许 的扰动极限时,作为该变流器与所在电网兼容 21
GB/T10236一2006 表16变流器受扰级别 变流器的受扰级别 符号 扰动超过规定极限的可能后果 性能级 性能下降 跳闸级 保护器件动作,导致工作中断 损坏级 水久性损坏(不包括熔断器》 D 变流器的抗扰等级 变流器的抗扰等级一般分为A,B,c三级,是指变流器对电气条件的适应程度 对各级变流器规定 的所应耐受扰动的极限值参见本标准5.3 这三类变流器的适用场合为 抗扰等级为A级的变流器是那些需要在较严酷的电网条件下工作的变流器,例如几台变流器 a 直接连接到一个公共变压器上,或者电网容量很小即R较小)的场合 另外,有些场合,尽管在交流电网中超出B级和C级所规定的扰动极限的机率很小,但变流器故障 带来危险和损失很大时,采用A级变流器较合适 b)抗扰等级为B级的变流器,主要是适合在一般工业电网条件下工作的变流器 B级变流器也可用于电网条件虽然严酷,但已采取了改善措施(如隔离变压器,滤波器及补偿设备 等),出现超过B级允许扰动的机率很小,能保证变流器所需的可利用率的场合; 抗扰等级为C级的变流器主要是不太重要的小功率变流器,且在电网的电气条件良好,R.值 c 较大的场合使用 -般来说,A级变流器的制造成本及运行费用都比较高,B级变流器次之,C级变流器的制造成本 及运行费用都比较低 5.3变流器的抗扰极限值 除非另有规定,在设计变流器时,其适用的电网条件(包括变流器本身接人电网后引起的扰动在内) 应符合本条规定 这里所给出的数据,不能作为规定公共电网特性的依据,只能作为各种抗扰等级变流 器的设计依据(公用电网有关频率变化、供电电压偏差和不平衡度的规定,在表17一表19的注中反 映 实际电网中的扰动具有统计的性质,超过某一极限值的扰动的出现机率可能极小,但并非绝对不 可能 如果用户对变流器的抗扰等级未提出专门的要求和说明,制造厂一般按抗扰等级B作为其应满足 的设计标准 5.3.1频率的变化 表17频率变化的允许范围 变流器抗扰等级 超过规定值范围 变化项目 可能的后果 范围/% 士2" 士2 土1 变化速率/(%/s) 士2 士l 士l 注GB/"T15945一1995规定;电力系统正常频率偏差允许值为士0.2Hz,当系统容量较小时,偏差值可以放宽到 士0,5Hz 22
GB/T10236一2006 5.3.2电压变化 表18电压变化的允许范围 变流抗扰等级 超过规定值范 变化项目 可能的后果 稳态/% 十l0/一10 十10/一l0 十10/ 短时(0.5~30周波),在I和UN以下只作整 +15/一15 十15/" 1G +15/一10 流器运行(% 十15/一15 十15/一1o 十15/一7.5 在I及U以下作逆变器运行(% 1:假定频率的降低与交流电压的升高不同时发生; 注 注2;过载条件下的极限值应单独规定 注3:在要规定的某些极限值内,可能产生的后果可由F代替T,特别是如果用户要求增加专用的控制设施时 注4;GB12325一200规定;D35kV及以上供电电压正,负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10% 10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的士7%;220V单相供电电压允许偏差为标称系统 电压的十7%、一10% 以上规定可以视为电压稳态变化范围;电网对电压波动的限制见4.4.1.3 5.3.3电压不平衡 电压不平衡度用负序分量对正序分量的百分比表示 表19允许的电压不平衡度 变流器抗扰等级 超过规定值范围 变化项目 可能的后果 稳态/% 短时,仅作整流器运行/% 既作整流器又可作逆变器运行/% 注1不平衡度短时超过规定值时,将引起增大直流侧的纹波和在交流侧产生非特征谐波等不良后果 注2;GB/T15543一1995规定;电力系统公共连接点正常电压不平衡允许值为2%,短时不得超过4% 5.3.4交流电压波形 5.3.4.1谐波及缺口 稳态情况下,变流器的谐波畸变及缺口的限值见表20. 表20变流器的允许谐波含量及缺口限值 变流器抗扰等级 超过规定值范围 变化项目 可能的后果 谐波总畸变率(稳态)/% 25 10 b，单次谐波含有率(稳态 奇次/% 12.5 2.5 % 偶次 换相缺口(稳态》 20 深度(Uw的百分值% 100 40 125 面积(百分值×电角度) 625 250 注1在一定的直流电流和R.下,缺口面积近似为恒定值 宽度和深度随触发延迟角 而变化 注2:如果同一台变流变压器的次级接有几台变流器,在一个周期内,所有缺口的面积之和应不超过表列一个主换 相缺口面积的4倍 注3:Uw为变流器工作线电压峰值 23
GB/T10236一2006 5.3.4.2重复和非重复瞬态过电压及能量 由基波瞬时值(例如电力变流器换相期间)引起交流电源相电压或线电压的变化,可达到原线电压 峰值的0.2标么值(p.u.)或更高图9),每次换相开始和结束时会出现附加的振荡,形成重复瞬态过电 压 非重复瞬态过电压主要由于故障跳闸和开关操作,以及可能在架空线上雷击产生,它可能对某些中 压和高压系统有影响 只要有可能,用户(或制造厂)应对变流器规定其可承受的瞬态过电压,这些参数 主要有如图9所示) 变流器端子可能出现的瞬态能量w,J a b)瞬态电压的上升时间4.(从10%到90%). As; 重复瞬态电压峰值与工作电压峰值之比U/Uwup.u c 非重复瞬态电压峰值与工作电压峰值之比Us/Uwp.u. d 非重复瞬态电压的持续时间tw(50%幅值处)4s Us UuRM ULwM UsM 0,9ULsM 0.5UsMe 0.1Us b 有重复瞬态电压的交流电压波形 瞬态电压波形 a b 图g作用在变流器上的瞬态过电压 对具有单独变流变压器的情况,下列数据仅作为例子给出,供参考 w=400sw,J; 式中 变流变压器的容量.MvA S 瞬态能量来自断开变压器励磁电流,其值假定为额定电流的5% =1s; Uu/Uw=1.25 Usu/Uwu=2.02.5 =3300 w As 24
GB/T10236一2006 上列Usn/Uw值相当于变流器采取了浪涌抑制措施 在无任何抑制措施时,此值可高达10以上 5.3.5过电压保护 由于半导体器件的介质应力很高,而电时间常数又很小,瞬时过电压就可能造成其永久性损坏,因 而必须考虑专门的过电压保护措施 变流器的过电压保护措施取决于预期的变流器内部浪涌电压 内部浪涌电压乃由诸如熔断器熔断、 残留空穴复合现象之类的原因引起 这类电压一般是可以在设计变流器时加以控制 外部浪涌电压乃是 由大气放电,开关装置操作、负载突变之类的原因引起,而出现于变流器网侧或直流侧的浪涌电压 为上述过电压采用的措施主要有下列四种类型 分合闸引起的过电压保护; 1) 快速开关引起的过电压保护 2 3)换相过电压保护; 4)大气过电压保护 变流器过电压保护装置应能保护变流器免受可能出现的各种浪涌电压之害而安全工作 对于频繁 承受非周期浪涌电压的变流器,以及对过电压保护装置有其它特殊要求的变流器,应在合同或有关技术 文件中说明 对电压保护装置的具体要求,应在分类标准或产品技术条件中规定 注:GB/T184812001规定了交流电力系统中作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压要求、电气设备的绝缘 水平、以及过电压保护方法 变流器与电网的兼容性估计 配电母线分类 6. 按配电母线的用途,可分为三类: -般配电母线;用于向一般用途设备及B级变流器配电; 专用配电母线专门用于向A级变流器配电 b 高质量配电母线;用于向敏感低抗扰度)设备及C级变流器配电 兼容性估计的内容及步骤 2 6. 所谓兼容性估计,有两个方面的含义,第一是变流器对电网的扰动在电网的容许范围之内;第二是 变流器接人后,变流器母线上的被动,频率.被形等参数的扰动应低于所选变流器的抗电同扰动极限催 表17表20). 兼容性估计一般可按下列步骤进行 按照变流器所要接人母线的类型,初步选择变流器的抗扰等级(见6.1); a b)了解网络主要节点上在稳态及暂态稳定情况下交流电压幅值不平衡度及频率和电压波动等 情况,并根据电网在最小运行方式时的短路容量、变流器的工作制等参数,计算变流器的功率 因数(见7.2)及各级配电母线电压波动和闪变(见4.4) 若频率波动电压波动及不平衡度等 不能满足要求时(见5.3),或者采取抑制措施加以改善,或者重新选择变流器的抗扰等级 这 一步估计,可以不考虑变流器的非线性特性,只考虑其基波分量; 考虑变流器的非线性特性,计算变流器注人电网的谐波电流及电网中各点的谐波电压(见 4.2.2)、换相缺口参数(见4.3.1)等,看其是否满足有关标准或用户的要求(见4.2.3及4.3.5)或 变流器本身的要求(见5.3.4) 若不满足,则必须采取抑制措施加以改善(见4.2.4及4.3.6) 上述过程中,无论哪一步采取了抑制措施或改变了变流器的任何参数,都需要重新进行兼容 性估计 若上面各步均通过,则变流器与电网兼容 兼容性估计的计算实例见附录B 25
GB/T10236一2006 功率因数补偿与并联谐振 7.1概述 由于供电企业对用户规定最低功率因数的限制,并且为了减少电力的损耗和充分利用设备能力,外 加功率因数补偿设施往往是必要的 并联电容器是最常用的一种功率因数补偿设施 固定连接电容器只用在负载或无功功率变化不频 繁的场合,在变流器功率因数变化频繁而影响电网的供电质量(使电压波动)时,应采用快速无功补偿装 置 目前常用的是静止型动态无功补偿装置(SVC) 在有变流器的配电系统中,可能会出现谐波放大,即电容器与系统电抗之间发生并联谐振现象 当 谐振频率接近某次谐波频率时,电网谐波电压显著增加,可能危及用电设备安全,因而必须加以防范 同步补偿机的调节范围广,它可向电网提供无功功率,也可以从电网吸收无功功率,且调节平滑,容 量不随电压的升降而增减 它也不像电容器那样在电压升高时易于损坏 不过,响应慢.且其建设投资 和运行费用较高,操作(起动、停止)不够简便 静止无功发生器(svG)以自换相变流器为核心,利用内部元件提供换相电压进行无功功率补偿 可以和电网进行快速双向无功功率交换,是一种有发展前途的无功补偿技术 但svG;本身还会产生一 定谐波电流,且由于技术经济上原因,目前还只在少数工程上应用 7.2变流器的功率因数 7.2.1概述 电网换相变流器无论工作在整流状态,还是逆变状态,都从电网吸收滞后的无功功率 变流器的总 功率因数为网侧有功功率对表观功率之比 总功率因数入与延迟角,交流侧(阀侧和网侧)感抗和电流 波形有关 六脉波及以上的变流器,计算总功率因数时,可以只计算位移因数而无显著误差 计算中一般假定 三相电压对称且为正弦波 对于三相晶闸管均匀连接的位移因数,应按7.2.2计算确定 对于额定输出大于300kw的单相设备,三相不均匀联结的设备,以及用程序控制的变流器,应分 别规定位移因数的确定方法 当变流器运行在整流方式时,消耗来自电网系统的有功和无功功率 当变流器在逆变方式下运行时,它向电网输送有功功率,但仍消耗来自电网的无功功率 注:许多应用中例如小型pwM(脉宽调制)传动,带小的电抗器或者没有电抗器时,纹波对总的功率因数影响很大 7.2.2计算方法 7.2.2.1近似计算 变流器所接人的电网情况未能精确知道时,用下列公式可得到近似值: 有功功率 P=U.I 35 表观功率 S=UaI 36 37 位移因数 P/S=U /U cosen 无功功率 /S一? Q 38 式中 Ua、I分别为直流输出电压和电流; Um -理想空载直流电压 多数情况下,用下式计算位移因数是较为精确的 39 U +U+UI/I)/U cosp 式中 Un -阀的门槛电压,V; 26
GB;/T10236一2006 Ua 额定输出直流电流下的阻性直流电压调整值,V:; 额定直流电流,A lN 7.2.2.2由重叠角u计算位移因数 当计算出变流器的换相重叠角w时,位移角？用式(12)计算 式中重叠角“由下式计算 2XI a十coslcosa (40 VE 式中 换相电抗值 XT 相电压的幅值 E 45 -45” 40 4o 35" 35" 30 30 25 25 20” 20” 15 15 拉 10 10° 而o宿而 30”40°50°60 图10u.a和e,关系 如果不考虑电网短路阻抗对换相的影响(当R.大时,这一影响可以忽略) 计算重叠角u可只考虑 变流变压器、阀侧和网侧电抗器所构成的换相电感,或根据a和e、值直接由图10查取 其中参变量e 为等值换相电抗压降百分值,可由下式确定 (41 长 e=exN 式中 变流变压器的短路电压百分值的感抗分量,可近似地取其短路电压百分值e 当网 e 侧和阀侧设有附加电抗时,应取附加电抗与变压器的漏抗之和相对应的值