期刊信息
刊名:电网技术
主办:国家电网有限公司
主管:国家电网有限公司
ISSN:1000-3673
CN:11-2410/TM
语言:中文
周期:月刊
影响因子:3.184708
数据库收录:
文摘杂志;北大核心期刊(1992版);北大核心期刊(1996版);北大核心期刊(2000版);北大核心期刊(2004版);北大核心期刊(2008版);北大核心期刊(2011版);北大核心期刊(2014版);北大核心期刊(2017版);中国科学引文数据库(2011-2012);中国科学引文数据库(2013-2014);中国科学引文数据库(2015-2016);中国科学引文数据库(2017-2018);中国科学引文数据库(2019-2020);工程索引;哥白尼索引;日本科学技术振兴机构数据库;文摘与引文数据库;中国科技核心期刊;期刊分类:电力工业
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电力系统
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电力系统
整流器高次谐波的抑制及其工程计算方法下(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】3Z丑,则KI可取为1.25。要使谐波电流满足电容器特性2)时,应有‘、/IIo2+(考箸‰一)2组3-。I-。为通过电容器的基波电流有效值。挑选电容量负偏移的电容
<芦幺,。3从属控制装置:声。。:‘武。,.图4无功圆图从圆图可见,当Id=Idl时,在0【的控制范围内,Q有一最小值Q供。。,在不少实用电路中,如果忽略换相压降.则Qmf n:7d=。d‘)≈E d olaf sin o【mf n≈tg0【m‘nP8 e一最大直流电流输出时Qm£n、。d角fdmd$)≈tg0【mt佛P8重叠角Y不为零时,Q值增大。在从属控制装置中,如果上桥为可控桥,下桥为不可控桥则不存在上述的关系。这时可以先计算Q。‘。,再令t99,。‘。:百Qml n a7m‘n已不再是最小控制角,而尽是一个纯算术因子。对于上述Q。‘。表达式可以这样来理解,即一俟整流器的OttoI n确定后,Q。t。仅与Id有关而与o【无关。这样的理解对于不同的情况有着不同的含义。如可控硅直流电动机调速装置,当采用恒力矩调速时(励磁固定,调节电枢电压),对于恒力矩负载,Id仅决定于负荷而与a无关,因此Q。t。也仅与Id有关.匕述表达式有着确实的物理意义;而对于通风性负载,Id将依0‘而改变,但是如果我们不考虑引起I d变化的原因,只是把Id的变化看作是Q。‘。变化的依据,仍可认为Q。‘。仅与I d有关而与0‘无关。对于用在电解、电镀等行业的整流器,其Id也是因a而改变的,,对上述表达式都可作同样的理解。从以上对Qmf n的理解出发,我们就为无功的配合找到了简单的关系。要求无功配合时,上述用频率偏移法算得的谐振回路等效无功量必须有对于不同的I.d,必要时可据Id的变化来调节谐振回路.这样就可以保证在不同的0【和不同的Id时都不致过补偿,同时又能保证在不同的Id时,其交流谐波I。都能得到同等的抑制,这是因为Qm‘n和In都是和Id成正比的缘故。对一些运行于迅速可逆和负荷冲击工况的整流器,如轧钢设备的可控硅电源,其高次谐波的抑制和无功的补偿则为比较复杂的动态问题,应另加考虑。整流器在不同a运行时的欠补偿量可以另由电容器来补偿并据a来加以控制,这些电容兼有高频滤波和补偿换流损耗的作用。’‘工程计算中,如取f o=50赫,A f=2赫,并认为丫=0.,则无功配合的条件是 n絮。0 n=n雨‘n.183P。(1一皇!!、董7{警≤Q。t。=t ga。i。P.3 d佩f傩.假定只考虑抑制最低的P±1次两种谐波,则满足无功配合条件的士最大值是.,●,…,击≤善S dma。篙ii。;,一34一’ l●∞ n m d f|『 d f n m3,\J— n3Q n£ m帆∑n n= nP=12,P叫,~导≤{霉堕L×6.4×10—43dmt竹—昙坠×6.4×10—4一毫。;tg o【“{。3dm‘nP=12或P=24的整流器,在0【。f。=30。时,一般有较大的配合能力,而对于一些牵引、电解、电镀和工业充电用的可控或不可控整流器以及一些无需逆变运行的可控硅调速装置,其0【m£。常小于30。,不可控时Gt。。。=0,这种情况下,满足无功配合条件的1导一值将大量●,为减小。上面计算中,当÷为正值时,如其值兰1,表明不具配合能力;÷为负值乞e,皇e, t时,表明—}可以很大,只受别的条件限制。.§●,对于6相整流,基本上没有配合能力。实际上,6相整流的谐波分量中的11次及13次常常是必须考虑抑制的.这就必然导致更大量的过补偿。.从以上可以看出,如果不允许整流器过补偿而要求无功配合时,用频率偏移法计算的谐C振回路的无功配合能力取决于{霉氅L,o【m c。和P。a。f。越大,P越大则配合能力也越Jd’,I‘"C大。{辈一越大,则配合能力越小,此时可适当减小谐振电容。 udmt体’当然,实际网络中经常可能允许整流器有一定的过补偿范围,此时无功配合能力亦将增大。、如果母线上尚接有大量其他负荷用的:】二频无功补偿电容器可供改接成谐振回路,则配合能力就很大,甚至根本无须考虑无功的配合问题。-5.谐振电容器的选型问题、一般说来。谐振回路加在电网侧是比较有利的。目前国内可供选择的高压谐振电容器只’有单相高压移相电力电容器比较合适,它具有价格较低,体积较小,安装和维修比较简单.同时可和系统的其它工频无功补偿电容综合考虑、综合安装和管理等优点。高压移相电力电容器的性能具有如下特点:1)可在105%额定电压下长期运行}2)可在130%额定电流下使用在工频和“中频”’范围内损失角t g6基本不变’.3)电容量C。在工频和“中频”范围内可以认为是相同的。利用上述电力电容器的这些特点,将谐振回路附加的谐振电压和“中频”谐振电流分别控制在电容器允许的电压和电流的范围之内,这样才能保证电容器的正常运行。设单元电容器标称容量为Q o,额定电压为U1,一则其电容量C。2可嵩i’。中频指常见的高次谐波的频率范围一般在j250赫及1250赫以下.、’、‘一35一五 i尘一兰~襄上h工甥电抗z旷{},额定电流I。=告,并使谐振回路接成图5所示形式。 n次谐振回路共由a组回路并联,每组每相谐振电容由b只电容器并联,即C。= bC。,I t为整流装置交流输入线电流基波龟A j晟:Ⅱf.2|嚣4、—_叫卜 m次并f短≤“矗、—1叫pⅪ欢葛日姐图5 n次谐振回路缓线图有效值.则每单元电容器流过的谐波电流分量为√可=K、J7专‰(取K”=1),K。用以修正其它次谐波杂散电流的影响,上述图8中杂散电流影响最大的点比如A和B点,调整时一般应使Z五>3Z丑,则KI可取为1.25。要使谐波电流满足电容器特性2)时,应有‘、/IIo2+(考箸‰一)2组3-。I-。为通过电容器的基波电流有效值。挑选电容量负偏移的电容器,贝,,IT。110厶]co oC_oF_丁丁"f弋o-A—f"丌在n=5时,I l。有最大值,II。*1.05I。’.。.·.了垡坠』o.765I。。”~/8 n a b一。 a晗考等考虑谐波电流均流系数0.9,即 l a b≥高等器急 a b≥考等器一D次回路谐振电容三相标称工频无功Q s。Q。。:8 a bQ。苫!!!!!I望!!! n(8)要使谐振电压满足电容器特性1)时,应有7KJ万占而可击鲁矿甄05U-囚为电容器耐压主要考虑的是瞬时值,流入谐振回路的其他次谐波的杂散电流由于其相位错开,其影响远小于对允许电流值的影响.故此处K。值甚小,取K。i1.05+一兰!兰!!:』.!一!一/一堕.!一..√丁n a b11Q o220.- d t‘一36一一a晗器 n次回路谐振电容三相标称工频无功容量Q3。=8 abQ o≥22I lUl/3(9)忽略重叠角Y·则。~/丁UlIl cos a mt珏≈E d日Id=P8UlIl≈歹亍蔷蒜得出 fQ。。≥—f专袅}(符合电流条件)IQ3n≥—百Fj‰(符合电压条件)据公式(5),谐波抑制要求的谐振电容量是与{j成比例的,考虑Kn后·则谐波次数越高其谐振电容量还可减小。而上面(8)式却是与-11r成比例,禹了工程设计方便起见,将式(8)加以改造,得出符合电容器使用条件的n次谐波电容的标称工频无功量Q s“要满足下式(符合电流条件)(10)(符合电压条件)(11)式(10)及(11)的含义是。谐振电容如果要采用现有的电力电容器,则n次谐振电容的三相无功量不能小于上述的计算值,否则,用宦来作为谐振电容,必定不符合电力电容器的使用要求。、’此外,尚须考虑上述电容器选择条件与整流器无功的配合问题。7配合的要求是计> nmd∞Q3。≤t g0【m‘。×PB+AQ+AQ7(12) n2 n恨‘“△Q:允许的过补偿量,AQ,:由于重叠角Y的存在引起的整流器无功增量,在工程设计中可以按下式初步7占一●,, nmn$歹一一——Q8。≤t g。【mt nP8 n2 nm{“一37—8一体一.旦州 i姥缶尝簪生n再等可≥≥ n¨QQ/~里兰坚11.82 nm。。> n=n m{竹一璺竺!!…22>一nl≤sin0【。。。(符合电流条件)(13)再1≤sin0Lmt。(符合电压条件)(14) n2 nm‘”只要对武(13)、(14)略加计算,就会发现移相电力电容器用作谐振电容,其适应性能较差,特别是对于6相整流,或者是Gt。;。较小的时候。如将移相电力电容器的性能加以改进,使其长期允许工作电压提高到120%额定电压,允许使用电流提高到150%额定电流,按上述方法可得其使用的条件是、 fQ3。≥{(Q sn≥旦曼塑生詈』1(符合电流条件) n2 cos a mi n。’…。’~‘5.5P8 n2Cos0【m‘n(符合电压条件)满足无瑰配合的条件可按下式初步估计 nm:。1.15 nmd∞>5.5> n。1"1mt n fl,nB∞(15)(16)上n z≤sina。t。(符合电流条件)’(17)—}』sin q。。。(符台电压条件)1"12 n mi“表5’满足电容器选择和无功配合条件的最小0【。:。(18)\、电容器l【≮∑、、迭}蛐缈一蚴圩|I瑚撕一蚴H、 j a。f“为任何角度都奄能满足无功配合J6I j29。 l的要求J。J2假定条件:n m i n=P一1,n…=P+1,y=0,且不允许过补偿.’。●表3列出符合上述无功配合条件的a mt。.它表示如果采用此类电容器作为谐振电容.必须使电容量加大到能满足电容器的使用条件。这样选择的电容器容量对于a乙。。小于表中数值的整流器,必导致整流器的过补偿。虽然按上法选用的谐振电容的电流条件看起来比较满足,实际上电容的发热问题仍然是必须予以重视的。为了防止电容器发热过于严重,可以采取如下二个措施,1)电力电容器的电容量允许偏差为±lO%,为了限制发热,应该选用负偏茬的电容量,或者与制造厂协商把额定电容量降低lO%,这个要求对电容器制造广来说是不难实现一38—的。选用了负偏差的电容器,总的电容值将减小,可以用多并几只电容器的办法来补齐,,这样就可以用负偏差来弥补高频电流引起的附加损耗。2)工程设计中加强通风散热等措施。4.补偿换流损耗的能力一个三相全控桥,假定Y=15。,amf。=30。,补偿电容△接于一次侧。按换流补偿法计算:换流损耗最大值发生于Gt=30。或90。,取Ct=30。,则T1CA w=÷u山等U耳=√~一2~U l/k丑 u。=~/一2~U·sin60。=∥~}Ul、,··c△2器一a’三相总无功Q三=3 u l z∞。CA=旦坠等坚尘u。Id·、 t。旦些生尝E d日Id:o.63P。6×1.17、…一上式中k丑为整流变压器变比.、对于常用的星一三角并联的等效12相整流器,由于换流位置的分散,使得瞬时压降的最大值减小,则上面用换流补偿法计算的{}值亦将小于o.63。‘占,t可见,如果要使频率偏移法算得的谐振电容具有相当的补偿换流损耗的能力,其j乒 r8值可考虑最好接近0.63。’谐振电容随求得后.电抗器电感量L。=(二)谐振电感的工程计算’便可根据谐振条件计算谐振电感。1(2氕f。)2C。电抗器工作电流1五=KlIo。。。‘Iam。。:谐振电容的最大工作电流,K1:考虑运行中谐振电容数目可能调整,取K-=1.5;运行频率范围:50赫~1"1。。。×50赫。一工作电压即为谐振电压。为了安全起见,谐振电抗器的对地耐压应按工作于电网电压下的扼流圈来考虑。为了与电容器配合,谐振电抗器应该设有若干抽头,以便调整谐振点。最大抽头应至少为±30%。, r电抗器的直流内阻对谐振回路品质的影响有时将难呓忽路。。羧额率偏移法推导‘中的假‘’.、’..7‘』。39一,J-定,并且忽略谐振回路的其它电阻,认为R。即为电抗器电阻,则要求R。≤31.6%X n△,亦即R。≤o.91nX gmin_一F!:}~a,暑一§e,(a为谐振回路并联组数)’由上可见,当X8。;。很小或量很大时,则要求R。很小,这会给电抗器的制造带来困难。反之,如果难以满足上述要求,则势必影响谐振回路的品质。(三)小结、1.从满足补偿换流损耗,提高谐波电流抑制效果和选用移相电力电容器作为谐振电容等要求来看,谐振电容总是选得大一点好。但是实际上,电容取得过大不符合经济技术指标的要求,并且可能出现危险的过补偿.有时也会给谐振点的整定带来困难。因此谐振电容的选取范围应有所限制。’2.对于a m‘。≈30。的可控硅整流器,当整流相数为12或24时,谐振回路的电容不必经过计算,取其总无功Q二=0.60P8,再按能量比例原则(即与÷成正比)来分配即可。1■’这样取定的谐振回路,一般说来具有较佳的品质,即它较能满足谐波抑制的要求和必要的频率特性,有相当大的补偿换流损耗的能力,能与整流器实际无功较好的配合,同时可以选用现有的移相电力电容器。但是必须检查并联谐振点,加以必要的调整。对于0‘.‘。为30。的6相整流器,可据频率偏移法计算谐振电容,再据母线实际情况,决定整流器允许的过补偿量,根据上述几个要求综合考虑,降低个别性能,最后确定Q三。但是6相整流器要采用现有的移相电力电容器是困难的。5.谐振抑制的方法有其局限性,对于仅mt’|.‘很小的可控整流器和不可控整流器,采用谐振办法来抑制高次谐波将不可避免地要造成相当大的过补偿,同时也将对谐振电容器的性能提出相当高的要求。当电网频率波动较大时,谐振回路的参数和谐振点都较难确定,抑制的效果也会受到限制。‘4.如果母线上尚接有大量的工频无功补偿电容器.可采取一定的措施,将其一部分改接成谐振回路,这就可避免母线上的过补偿。这样,谐振抑制的应用范围就可大得多,即使是应用在6相不可控整流器上也是可能的。5.为了便于适应谐振电容器的一般要求,建议电力电容器厂将现有的单相高压移相电力电容器的长期工作电压提高Ni20%额定电压,长时使用的允许电流提高到150%额定电流以上。’、6.实际上,由于各次谐波的K。值和7、0【等因素有关.谐振回路的联线也有一定的阻抗,还有网络并联阻抗的影响,特别是电网运行范围的重新调整等等原因,实际运行中调定的各次谐振参数可能和设计值有很大差别,应考虑这个情况,预先采取一定的措施,以便随之调整。、。、7.高通滤波器可和工频无功补偿电容器综合考虑。8.必要时还须校算对电讯线路和发电设备的影响。。.。(四)计算举例例1 l图2中,UI=6.3千伏,Sd佛。。=120兆伏安,Sd_l‘=90兆伏安,电网f=50、 r一一40一’±2赫,整流器P口=5兆瓦,整流相数P=12,o【m‘。=30。,允许整流器最大过补偿量△Q=400千乏。要求谐振电容优先考虑采用现有的移相电力电容器。(解]71)决定是否必须采取抑制毫=击2音-5.6%、查表1,P=12,Sd。l。≤400兆伏安,量。,_2%,量>毫。,’必须采取抑制措施。2)决定谐振回路的联接方式如图5,分a组△接于电网侧。3)计算谐振电容 a.计算谐振电容总无功Q三、.据小结2,取Q工=0.60P8=3000千乏,选用负偏移lO%的电容器,Q二值应加大,Qj=3333千乏。 b.决定进行抑制的谐振次数。取nmt¨=11次,/1md-=13次。 c.分配各次回路的Q s。’7按能量比例原则分配Q。。:罂:。.58×3333:193。千乏+面■十面芦Q13=0.42X3333=1403千乏 d.校验抑制效果据频率偏移法计算·Q-t,一■挚(1一半’璺业!一1i_sd懦t-=320千乏完全满足要求。‘’ e.绘制X—f特性曲线,检查并联谐振点C l1=QI l×0.93U12∞o=46.3X10.6法C l3=33.5×10喵法7‘暂定将谐振点调整在f。=n(f o一△f)处,哪在f一:572赫处\-,x…△)=一志.‘.X ll(八)=0.34欧X l3(△)=1.36欧’.XI3(^)=0.45欧[(亡)2—1]冉.oz欧··——41·——— x㈨。=芒砘33欧. x㈨。一一旦上一o.44欧㈧72赫,亡x㈣产警×o.绺3.77欧 f=624赫,一{一X8。f。=4.11欧’ f=676赫,÷X8。t。=4.-45欧‘t在f=572赫处,X1-和X·3相差较小,主要原因是谐振电容较大。可以减小13次回路‘的电容量C i s,使X t-和X。s两点拉开,但考虑到无功反正是要补偿,减少谐振电容并节约不了电容器的数目,也节约不了几台谐振电抗器,但单元电容器的电流和电压负担却加大了,因此本例中决定取消13次回路,将C t。合并到11次回路,并使11次回路的谐振频率右移至f11=572赫处。 f.校验f=676处的K值一据式(4),得K2面‰。(上式代入f=624赫处的4.1l欧,可以避免第二次校验f=624处的K值) x小,:面高嘉豢丽㈧,)2—1]. x n(八)21忑可面玉可瓦豇百丽L、572,.一1 j。=0.393欧.’.K=0.089’要求K=粤=蔷一o.36、.‘.K
文章来源:《电网技术》 网址: http://www.dwjszzs.cn/qikandaodu/2021/0418/951.html