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        基于ETAP的中頻爐諧波治理應(yīng)用研究

        更新時間:2018-03-14點(diǎn)擊次數(shù):1675次
        基于ETAP的中頻爐諧波治理應(yīng)用研究

        李迎春1 常帥 趙軍3劉建春4 洪文瓞 季曉春6

        (1. 中汽車工業(yè)工程有限公司 天津 300113)

        (2.安科瑞電氣股份有限公司 上海 201801)

        摘要:針對中頻爐電能質(zhì)量的特點(diǎn),基于電力系統(tǒng)綜合計算分析軟件(ETAP)進(jìn)行建模,搭建系統(tǒng)單線圖,將現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)錄入模型進(jìn)行潮流計算和諧波仿真分析。提出采用化的無源濾波治理方案,并進(jìn)     行仿真驗(yàn)證和現(xiàn)場運(yùn)行檢驗(yàn),通過與治理實(shí)測值的比較,驗(yàn)證了本文所采用的負(fù)荷建模、仿真方法的有效性,對有中頻爐的廠礦企業(yè)進(jìn)行電能質(zhì)量治理有定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

        關(guān)鍵詞: ETAP;中頻爐;無源濾波;諧波治理

         0、引言

          在我冶金行業(yè)中,中頻爐因具有加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫碳少、節(jié)省材料與成本、加熱均勻、芯表溫差小、溫控精度高等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。但是,中頻爐是由系列整流逆變裝置組成,相對于供電電源可看作是個典型的非線性負(fù)載,含有大量的諧波成分,且功耗大、功率因數(shù)低。由于它產(chǎn)生的大量諧波以及消耗的無功功率會引起電能質(zhì)量劣化,而各種敏感負(fù)載對電網(wǎng)的供電質(zhì)量又提出了更高的要求,因此對中頻爐進(jìn)行諧波治理已刻不容緩。

          目,針對于般的諧波危害,有諧波源治理、安裝濾波補(bǔ)償裝置及其他治理方法,而主要采用的是安裝濾波補(bǔ)償裝置。本文以某鋼鐵廠為例,基于電力系統(tǒng)綜合計算分析軟件(ETAP)分析負(fù)荷中頻爐對電網(wǎng)的影響,并設(shè)計出合理的諧波治理方案。

         1、中頻爐諧波分析的理論方法

          中頻爐電源整流環(huán)節(jié)有六脈沖、十二脈沖和二十四脈沖等整流電路。每種整流電路的特征諧波的含量和次數(shù)都不同,需進(jìn)行特別處理。單組全橋六脈沖整流電路以其工藝成熟、成本低的特點(diǎn)成為工礦企業(yè)普遍使用的類型[3,4]。

          六脈沖整流電路忽略換相過程和電流脈動,交流側(cè)各相電流在理想條件下可近似地用方波來表示,考慮到電路阻抗壓降,電機(jī)的輸入電壓發(fā)生畸變。利用傅立葉變換分解諧波電流:

            (1)

          ——整流電路直流側(cè)電流的平均值。

          從(1)式可知,電流中除基波外只含有為正整數(shù))次諧波,即 5、7、11等各次諧波,這些諧波電流為三相6脈沖橋式整流電路的特征諧波,各次諧波電流有效值與基波有效值的比率為諧波次數(shù)的倒數(shù)[5]。

         

        2、案例分析

        2.1 ETAP 軟件簡介及建模

          ETAP(Electrical Transient Analysis Program)是由美OTI公司(Operation Technology Inc)開發(fā)的全圖形界面的電力系統(tǒng)仿真分析計算軟件。在仿真分析方面,該軟件集成了潮流分析、短路計算、暫態(tài)穩(wěn)定分析、諧波分析、可靠性分析等模塊,并提供了簡便快捷的電力系統(tǒng)模型搭建方式,所有的電力系統(tǒng)參數(shù)輸入和連線圖操作都可以直接在圖形界面上完成,顯示結(jié)果目了然[6]

          本文利用ETAP中潮流分析和諧波分析模塊對鋼鐵廠容量為1000kVA變壓器所帶中頻爐進(jìn)行仿真,建立起諧波負(fù)荷模型[7],如圖1、圖2所示。由于中頻爐負(fù)荷的不平衡性,母線2的三相諧波電流幅值也將不相等,考慮zui嚴(yán)重的情況,取對應(yīng)次諧波電流幅值zui大的相作為三相諧波電流輸入。

                     

        圖1 中頻爐負(fù)荷模型

        Fig.1 Load model of medium-frequency furnace  

              

         圖2 中頻爐參數(shù)

          Fig.2 Parameters of medium-frequency furnace

         

        2.2案例背景

          該鋼鐵廠所使用的中頻爐是種嚴(yán)重的諧波源,其對無功功率的需求拉低了電網(wǎng)功率因數(shù),已嚴(yán)重影響了工廠電網(wǎng)中其它電器設(shè)備的正常工作。該鋼鐵廠各中頻爐均由單回10KV電源進(jìn)線經(jīng)臺容量為1000kVA、變比為10/0.4kV的變壓器供電。中頻爐為六脈沖整流裝置,額定功率,實(shí)際運(yùn)行時的平均功率,功率因數(shù),主要是5、7、11等次諧波。

         

        2.3諧波分析及其治理方案

        2.3.1諧波分析

          試驗(yàn)測量點(diǎn)為變壓器二次側(cè)母線,采集若干個測量時間的測量值進(jìn)行對比分析,選取諧波zui嚴(yán)重的某時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

          建立鋼鐵廠供電系統(tǒng)次接線單線圖(如圖1所示),并錄入設(shè)備所需參數(shù)進(jìn)行仿真分析。該鋼鐵廠變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率和電壓曲線如圖3、圖4所示,諧波電流值見表1。

        圖3諧波電壓畸變率(2~25次)

        Fig.3 Harmonic voltage distortion rate(2~25)

         

             圖4 個周期的相電壓曲線

         Fig.4 A periodic curve of phase voltage

         

        表1諧波電流值(2~25次)

        Tab.1 Harmonic current values(2~25)

        2~13次

        2

        3

        4

        5

        6

        7

        8

        9

        10

        11

        12

        13

        電流值(A)

        1.9

        1.3

        0.9

        197.1

        0.5

        117.2

        1.1

        1.1

        0.9

        64.2

        0.6

        42.0

        14~25次

        14

        15

        16

        17

        18

        19

        20

        21

        22

        23

        24

        25

        電流值(A)

        0.7

        1.0

        0.7

        36.0

        1.4

        27.2

        1.2

        0.5

        0.5

        25.4

        0.3

        18.8

          從實(shí)測數(shù)據(jù)可知,中頻爐運(yùn)行時功率因數(shù)為0.84,所需無功功率為452 kvar。設(shè)目標(biāo)功率因素為0.98,則實(shí)際所需無功補(bǔ)償容量308kvar(為實(shí)際運(yùn)行時的平均功率;為實(shí)際功率因數(shù)角;為目標(biāo)功率因數(shù)角)。為保證電容器組長時間穩(wěn)定工作,其額定電壓可選母線額定電壓的1.3倍以上,同時電容器組電壓和容量的選取又同與之串聯(lián)的電抗器有關(guān)系。

        為避免諧波放大,串聯(lián)電抗器的電感量應(yīng)滿足下式關(guān)系:

                                        

          由圖3可知,該中頻爐所產(chǎn)生的5次、7次、11次的諧波電流值分別為197.1A、117.2A、64.2A;總的電壓畸變率達(dá)到8.97%,電流畸變率達(dá)到19.7%;功率因數(shù)為0.84。GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定了各電壓等級電網(wǎng)諧波電壓限值及諧波電流允許值(見表2、表3),當(dāng)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的zui小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量(表3)時,需相應(yīng)修正諧波電流允許值。由于該鋼鐵廠的諧波電壓畸變率和諧波電流含量已嚴(yán)重超出了家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值,因此必須對其進(jìn)行治理。

        表2 公用電網(wǎng)諧波電壓限值(相值)

        Tab.2 The harmonic standard of public power network(phase value)

        電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kV)

        電壓總諧波畸變率(%)

        各次諧波電壓含有率(%)

        奇次

        偶次

        0.38

        5.0

        4.0

        2.0

        6

        4.0

        3.2

        1.6

        10

         

        表3 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

        Tab.3 The allowable value of the harmonic currents injected into the common connection point

        標(biāo)準(zhǔn)

        電壓(kV)

        基準(zhǔn)短路容量(MVA)

        諧波次數(shù)及諧波電流允許值(A)

        2

        3

        4

        5

        6

        7

        8

        9

        10

        11

        12

        13

        14

        15

        16

        17

        18

        19

        20

        21

        22

        23

        24

        25

        0.38

        10

        78

        62

        39

        62

        26

        44

        19

        21

        16

        28

        13

        24

        11

        12

        9.7

        18

        8.6

        16

        7.8

        8.9

        7.1

        14

        6.5

        12

        6

        100

        43

        34

        21

        34

        14

        24

        11

        11

        8.5

        16

        7.1

        13

        6.1

        6.8

        5.3

        10

        4.7

        9

        4.3

        4.9

        3.9

        7.4

        3.6

        6.8

        10

        100

        26

        20

        13

        20

        8.5

        15

        6.8

        6.4

        5.1

        9.3

        4.3

        7.9

        3.7

        4.1

        3.2

        6

        2.8

        5.4

        2.6

        2.9

        2.3

        4.5

        2.1

        4.1

          綜上分析可知,該鋼鐵廠的諧波電壓畸變率和諧波電流含量已嚴(yán)重超出了家規(guī)定的限值,必須對其進(jìn)行治理。

        2.3.2諧波治理

          進(jìn)行諧波處理的方法和設(shè)備很多。傳統(tǒng)的無源濾波器如各類調(diào)諧濾波器等,其技術(shù)比較成熟,成本也較低,但只能濾除特定次數(shù)的諧波,并且可能引起系統(tǒng)諧波放大,在生產(chǎn)比較穩(wěn)定時能取得很好的濾波效果。有源濾波器是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理設(shè)備,可對任意頻率(2~50Hz)實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償,既濾除諧波又補(bǔ)償無功,但穩(wěn)定性差、造價高、功率和容量小、維修困難等[8]。

          該鋼鐵廠負(fù)荷并不大,諧波含量較穩(wěn)定,成本較低,考慮到工程總投資、諧波抑制和無功功率利用率等設(shè)計目標(biāo),擬采用化設(shè)計的無源濾波器,既可濾除諧波,又可適當(dāng)補(bǔ)償無功功率,提高功率因數(shù)[9]。該諧波源是電流型,可在變壓器二次側(cè)母線處采取就地并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

          因此每組串聯(lián)電抗器等效基波電抗為:

                                                 

          考慮到電抗器和電容器的制造誤差,通常?。?/p>

                                                     

          或                               

           ——諧波次數(shù);

          ——串聯(lián)電抗器的電抗率。

          根據(jù)該鋼鐵廠的諧波情況,經(jīng)仿真分析確定5次濾波支路為3組,每組電容容量為150kvar,電壓為0.57kV,串聯(lián)電抗率為5%;7次濾波支路為1組,電容容量為150kvar,電壓為0.57kV,串聯(lián)電抗率為2.5%。驗(yàn)證可知,5次濾波支路每組實(shí)際補(bǔ)償容量為:

                       (7)

          3組補(bǔ)償容量約為232kvar。

          同理,7次濾波支路實(shí)際補(bǔ)償容量為75kvar,則5次、7次總補(bǔ)償容量為:307 kvar,與實(shí)際所需無功補(bǔ)償容量相當(dāng)。

          5次電容器組等效基波容抗為:

                                            

          因此,電抗器等效基波電抗為:

                                         

          同理,7次濾波支路電抗器等效基波電抗。

          至此,無源濾波器的主要參數(shù)已基本確定[10,11]。將相關(guān)參數(shù)帶入單線圖仿真,可得修正后的變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率和電壓曲線,如圖5、圖6所示。

        圖5諧波電壓畸變率(2~25次)

                  Fig.5 Harmonic voltage distortion rate(2~25)       

              

        圖6 個周期的相電壓曲線

         Fig.6 A periodic curve of phase voltage

          由圖5、圖6可知,安裝了無源濾波器后,變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率均減小了,電壓曲線變平滑,諧波電流含量大幅降低??偟碾妷夯兟蕿?.9%,已達(dá)到家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電流畸變率為10.41%,功率因數(shù)也提高到0.98,系統(tǒng)的諧波和無功環(huán)境已大幅改善。因此,化的無源濾波器治理方案是有效的。

         

        3、結(jié)束語

          本文使用ETAP軟件對鋼鐵廠負(fù)荷中頻爐進(jìn)行建模仿真分析,設(shè)計出諧波治理方案,并通過仿真驗(yàn)證了該方案的有效性。該方案實(shí)施后,解決了開啟中頻爐而無法帶其它負(fù)荷和原有無功補(bǔ)償柜的問題,提高了中頻爐及全部電網(wǎng)的整體性能,對實(shí)際工程有定的指導(dǎo)意義。

          文章來源:《電工技術(shù)》2017年7期。

        參考文獻(xiàn) 

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        基于ETAP的中頻爐諧波治理應(yīng)用研究

          李迎春1 常帥 趙軍3劉建春4 洪文瓞 季曉春6

        (1. 中汽車工業(yè)工程有限公司 天津 300113)

        (2.安科瑞電氣股份有限公司 上海 201801)

        摘要:針對中頻爐電能質(zhì)量的特點(diǎn),基于電力系統(tǒng)綜合計算分析軟件(ETAP)進(jìn)行建模,搭建系統(tǒng)單線圖,將現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)錄入模型進(jìn)行潮流計算和諧波仿真分析。提出采用化的無源濾波治理方案,并進(jìn)     行仿真驗(yàn)證和現(xiàn)場運(yùn)行檢驗(yàn),通過與治理實(shí)測值的比較,驗(yàn)證了本文所采用的負(fù)荷建模、仿真方法的有效性,對有中頻爐的廠礦企業(yè)進(jìn)行電能質(zhì)量治理有定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

        關(guān)鍵詞: ETAP;中頻爐;無源濾波;諧波治理

         0、引言

          在我冶金行業(yè)中,中頻爐因具有加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫碳少、節(jié)省材料與成本、加熱均勻、芯表溫差小、溫控精度高等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。但是,中頻爐是由系列整流逆變裝置組成,相對于供電電源可看作是個典型的非線性負(fù)載,含有大量的諧波成分,且功耗大、功率因數(shù)低。由于它產(chǎn)生的大量諧波以及消耗的無功功率會引起電能質(zhì)量劣化,而各種敏感負(fù)載對電網(wǎng)的供電質(zhì)量又提出了更高的要求,因此對中頻爐進(jìn)行諧波治理已刻不容緩。

          目,針對于般的諧波危害,有諧波源治理、安裝濾波補(bǔ)償裝置及其他治理方法,而主要采用的是安裝濾波補(bǔ)償裝置。本文以某鋼鐵廠為例,基于電力系統(tǒng)綜合計算分析軟件(ETAP)分析負(fù)荷中頻爐對電網(wǎng)的影響,并設(shè)計出合理的諧波治理方案。

         1、中頻爐諧波分析的理論方法

          中頻爐電源整流環(huán)節(jié)有六脈沖、十二脈沖和二十四脈沖等整流電路。每種整流電路的特征諧波的含量和次數(shù)都不同,需進(jìn)行特別處理。單組全橋六脈沖整流電路以其工藝成熟、成本低的特點(diǎn)成為工礦企業(yè)普遍使用的類型[3,4]。

          六脈沖整流電路忽略換相過程和電流脈動,交流側(cè)各相電流在理想條件下可近似地用方波來表示,考慮到電路阻抗壓降,電機(jī)的輸入電壓發(fā)生畸變。利用傅立葉變換分解諧波電流:

            (1)

          ——整流電路直流側(cè)電流的平均值。

          從(1)式可知,電流中除基波外只含有為正整數(shù))次諧波,即 5、7、11等各次諧波,這些諧波電流為三相6脈沖橋式整流電路的特征諧波,各次諧波電流有效值與基波有效值的比率為諧波次數(shù)的倒數(shù)[5]。

         

        2、案例分析

        2.1 ETAP 軟件簡介及建模

          ETAP(Electrical Transient Analysis Program)是由美OTI公司(Operation Technology Inc)開發(fā)的全圖形界面的電力系統(tǒng)仿真分析計算軟件。在仿真分析方面,該軟件集成了潮流分析、短路計算、暫態(tài)穩(wěn)定分析、諧波分析、可靠性分析等模塊,并提供了簡便快捷的電力系統(tǒng)模型搭建方式,所有的電力系統(tǒng)參數(shù)輸入和連線圖操作都可以直接在圖形界面上完成,顯示結(jié)果目了然[6]。

          本文利用ETAP中潮流分析和諧波分析模塊對鋼鐵廠容量為1000kVA變壓器所帶中頻爐進(jìn)行仿真,建立起諧波負(fù)荷模型[7],如圖1、圖2所示。由于中頻爐負(fù)荷的不平衡性,母線2的三相諧波電流幅值也將不相等,考慮zui嚴(yán)重的情況,取對應(yīng)次諧波電流幅值zui大的相作為三相諧波電流輸入。

                     

        圖1 中頻爐負(fù)荷模型

        Fig.1 Load model of medium-frequency furnace  

              

         圖2 中頻爐參數(shù)

          Fig.2 Parameters of medium-frequency furnace

         

        2.2案例背景

          該鋼鐵廠所使用的中頻爐是種嚴(yán)重的諧波源,其對無功功率的需求拉低了電網(wǎng)功率因數(shù),已嚴(yán)重影響了工廠電網(wǎng)中其它電器設(shè)備的正常工作。該鋼鐵廠各中頻爐均由單回10KV電源進(jìn)線經(jīng)臺容量為1000kVA、變比為10/0.4kV的變壓器供電。中頻爐為六脈沖整流裝置,額定功率,實(shí)際運(yùn)行時的平均功率,功率因數(shù),主要是5、7、11等次諧波。

         

        2.3諧波分析及其治理方案

        2.3.1諧波分析

          試驗(yàn)測量點(diǎn)為變壓器二次側(cè)母線,采集若干個測量時間的測量值進(jìn)行對比分析,選取諧波zui嚴(yán)重的某時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

          建立鋼鐵廠供電系統(tǒng)次接線單線圖(如圖1所示),并錄入設(shè)備所需參數(shù)進(jìn)行仿真分析。該鋼鐵廠變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率和電壓曲線如圖3、圖4所示,諧波電流值見表1。

        圖3諧波電壓畸變率(2~25次)

        Fig.3 Harmonic voltage distortion rate(2~25)

         

             圖4 個周期的相電壓曲線

         Fig.4 A periodic curve of phase voltage

         

        表1諧波電流值(2~25次)

        Tab.1 Harmonic current values(2~25)

        2~13次

        2

        3

        4

        5

        6

        7

        8

        9

        10

        11

        12

        13

        電流值(A)

        1.9

        1.3

        0.9

        197.1

        0.5

        117.2

        1.1

        1.1

        0.9

        64.2

        0.6

        42.0

        14~25次

        14

        15

        16

        17

        18

        19

        20

        21

        22

        23

        24

        25

        電流值(A)

        0.7

        1.0

        0.7

        36.0

        1.4

        27.2

        1.2

        0.5

        0.5

        25.4

        0.3

        18.8

          從實(shí)測數(shù)據(jù)可知,中頻爐運(yùn)行時功率因數(shù)為0.84,所需無功功率為452 kvar。設(shè)目標(biāo)功率因素為0.98,則實(shí)際所需無功補(bǔ)償容量308kvar(為實(shí)際運(yùn)行時的平均功率;為實(shí)際功率因數(shù)角;為目標(biāo)功率因數(shù)角)。為保證電容器組長時間穩(wěn)定工作,其額定電壓可選母線額定電壓的1.3倍以上,同時電容器組電壓和容量的選取又同與之串聯(lián)的電抗器有關(guān)系。

        為避免諧波放大,串聯(lián)電抗器的電感量應(yīng)滿足下式關(guān)系:

                                        

          由圖3可知,該中頻爐所產(chǎn)生的5次、7次、11次的諧波電流值分別為197.1A、117.2A、64.2A;總的電壓畸變率達(dá)到8.97%,電流畸變率達(dá)到19.7%;功率因數(shù)為0.84。GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定了各電壓等級電網(wǎng)諧波電壓限值及諧波電流允許值(見表2、表3),當(dāng)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的zui小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量(表3)時,需相應(yīng)修正諧波電流允許值。由于該鋼鐵廠的諧波電壓畸變率和諧波電流含量已嚴(yán)重超出了家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值,因此必須對其進(jìn)行治理。

        表2 公用電網(wǎng)諧波電壓限值(相值)

        Tab.2 The harmonic standard of public power network(phase value)

        電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kV)

        電壓總諧波畸變率(%)

        各次諧波電壓含有率(%)

        奇次

        偶次

        0.38

        5.0

        4.0

        2.0

        6

        4.0

        3.2

        1.6

        10

         

        表3 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

        Tab.3 The allowable value of the harmonic currents injected into the common connection point

        標(biāo)準(zhǔn)

        電壓(kV)

        基準(zhǔn)短路容量(MVA)

        諧波次數(shù)及諧波電流允許值(A)

        2

        3

        4

        5

        6

        7

        8

        9

        10

        11

        12

        13

        14

        15

        16

        17

        18

        19

        20

        21

        22

        23

        24

        25

        0.38

        10

        78

        62

        39

        62

        26

        44

        19

        21

        16

        28

        13

        24

        11

        12

        9.7

        18

        8.6

        16

        7.8

        8.9

        7.1

        14

        6.5

        12

        6

        100

        43

        34

        21

        34

        14

        24

        11

        11

        8.5

        16

        7.1

        13

        6.1

        6.8

        5.3

        10

        4.7

        9

        4.3

        4.9

        3.9

        7.4

        3.6

        6.8

        10

        100

        26

        20

        13

        20

        8.5

        15

        6.8

        6.4

        5.1

        9.3

        4.3

        7.9

        3.7

        4.1

        3.2

        6

        2.8

        5.4

        2.6

        2.9

        2.3

        4.5

        2.1

        4.1

          綜上分析可知,該鋼鐵廠的諧波電壓畸變率和諧波電流含量已嚴(yán)重超出了家規(guī)定的限值,必須對其進(jìn)行治理。

        2.3.2諧波治理

          進(jìn)行諧波處理的方法和設(shè)備很多。傳統(tǒng)的無源濾波器如各類調(diào)諧濾波器等,其技術(shù)比較成熟,成本也較低,但只能濾除特定次數(shù)的諧波,并且可能引起系統(tǒng)諧波放大,在生產(chǎn)比較穩(wěn)定時能取得很好的濾波效果。有源濾波器是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理設(shè)備,可對任意頻率(2~50Hz)實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償,既濾除諧波又補(bǔ)償無功,但穩(wěn)定性差、造價高、功率和容量小、維修困難等[8]。

          該鋼鐵廠負(fù)荷并不大,諧波含量較穩(wěn)定,成本較低,考慮到工程總投資、諧波抑制和無功功率利用率等設(shè)計目標(biāo),擬采用化設(shè)計的無源濾波器,既可濾除諧波,又可適當(dāng)補(bǔ)償無功功率,提高功率因數(shù)[9]。該諧波源是電流型,可在變壓器二次側(cè)母線處采取就地并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

          因此每組串聯(lián)電抗器等效基波電抗為:

                                                 

          考慮到電抗器和電容器的制造誤差,通常取:

                                                     

          或                               

           ——諧波次數(shù);

          ——串聯(lián)電抗器的電抗率。

          根據(jù)該鋼鐵廠的諧波情況,經(jīng)仿真分析確定5次濾波支路為3組,每組電容容量為150kvar,電壓為0.57kV,串聯(lián)電抗率為5%;7次濾波支路為1組,電容容量為150kvar,電壓為0.57kV,串聯(lián)電抗率為2.5%。驗(yàn)證可知,5次濾波支路每組實(shí)際補(bǔ)償容量為:

                       (7)

          3組補(bǔ)償容量約為232kvar。

          同理,7次濾波支路實(shí)際補(bǔ)償容量為75kvar,則5次、7次總補(bǔ)償容量為:307 kvar,與實(shí)際所需無功補(bǔ)償容量相當(dāng)。

          5次電容器組等效基波容抗為:

                                            

          因此,電抗器等效基波電抗為:

                                         

          同理,7次濾波支路電抗器等效基波電抗

          至此,無源濾波器的主要參數(shù)已基本確定[10,11]。將相關(guān)參數(shù)帶入單線圖仿真,可得修正后的變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率和電壓曲線,如圖5、圖6所示。

        圖5諧波電壓畸變率(2~25次)

                  Fig.5 Harmonic voltage distortion rate(2~25)       

              

        圖6 個周期的相電壓曲線

         Fig.6 A periodic curve of phase voltage

          由圖5、圖6可知,安裝了無源濾波器后,變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率均減小了,電壓曲線變平滑,諧波電流含量大幅降低??偟碾妷夯兟蕿?.9%,已達(dá)到家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電流畸變率為10.41%,功率因數(shù)也提高到0.98,系統(tǒng)的諧波和無功環(huán)境已大幅改善。因此,化的無源濾波器治理方案是有效的。

         

        3、結(jié)束語

          本文使用ETAP軟件對鋼鐵廠負(fù)荷中頻爐進(jìn)行建模仿真分析,設(shè)計出諧波治理方案,并通過仿真驗(yàn)證了該方案的有效性。該方案實(shí)施后,解決了開啟中頻爐而無法帶其它負(fù)荷和原有無功補(bǔ)償柜的問題,提高了中頻爐及全部電網(wǎng)的整體性能,對實(shí)際工程有定的指導(dǎo)意義。

          文章來源:《電工技術(shù)》2017年7期。

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