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1、,通信电源系统谐波治理与节能,一、谐波的产生与危害二、谐波治理方案与工程实践三、谐波治理效果评估四、谐波治理工程的节能降耗效果五、结论与前景展望,通信电源系统谐波治理与节能,一、谐波的产生与危害,1、电压与电流波形分析2、谐波的产生3、谐波的危害,基本概念,周期性非正弦波可以利用傅立叶级数分解为基波和谐波两部分。基波f1指频率为F（中国为50Hz）的正弦波谐波fn指频率为F正整数倍的正弦波谐波次数n谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1),基波与谐波,基波 与 三次谐波,基波 与 五次谐波,谐波的形成,当正弦波电压施加在非线性负载上时，电流就畸变为非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生压降，
2、会使电压波形也变为非正弦波。,线性负载的特征,负载吸收的电流是与电压频率相同的正弦波电流，电流与电压之间可能存在着固定的相位差欧姆定律定义了线性负载的电压与电流的比值为一个常数负载的阻抗电流和电压之间的关系是线性的。例如：白炽灯泡、电加热器、电阻、电动机、变压器等这类负载中没有任何有源电子器件，只有电阻(R)、电感(L)和电容(C)。,非线性负载的特征,负载吸收的电流为周期性的，但不是正弦波电流，电流中因含有谐波而造成波形失真；欧姆定律中定义的电压和电流之间的关系不再有效，因为负载的阻抗在一个周期内是变的，电流和电压之间的关系也不再是线性的了。,不同负载产生的谐波,标准的正弦波形,电流波形（变
3、频器）,电流波形（日光灯）,电流波形（电梯）,与谐波相关的电气参数,总电流有效值（Irms）它是基波电流有效值IH1与谐波电流IHk的平方和的根值：,电压和电流的谐波失真度 THD*%=总失真度=100,2、谐波的产生,电源本身谐波 由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。由非线性负载所致 谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产
4、生了谐波。主要的非线性负载（）开关电源的高次谐波，它由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样；（）变压器空载合闸涌流产生谐波；（）单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰；,（4）UPS产生的谐波大功率UPS是通信电源系统中主要的谐波源。采用可控硅整流是UPS产生谐波的主要原因。UPS生产厂家提供的谐波指标通常是满载输出时的数据，而实际情况中UPS不可能运行在满载状态下，特别在11冗余配置时，通常在40以下。根据其整流方式的不同，UPS的谐波指标一般在下列范围：6脉冲整流：30 12脉冲整流：20 IGPT整流：10 由此可见，大功率UPS是通信电源
5、系统最大的谐波源。,3、谐波的危害,1）导致中性线电流过大，造成中性线发热甚至发生火灾；2）加大线路损耗，使电力电缆过热、绝缘老化，电力电缆产生过负荷或过电压；3）大大增加电网发生谐振的可能，谐振产生的过电压和过电流会引起更严重的事故；4）变压器产生发热，损耗增加，同时降低变压器容量，谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。工程中需增大容量配置，增加变损费用和工程投资；5）损害电网中的敏感用电设备；6）使电容器过载发生，加速电容器老化和损毁；,谐波的危害,7）对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动，造成区域性停电事故；8）畸变电流在
6、旋转电绕组中流通，使电机产生附加功率损耗而过热，降低空调工作效率，增加能耗，产生脉动转矩和噪声；9）干扰发电机组的运行，增大机组的配置容量；10)使计算机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。,二、谐波治理方案与工程实践,1、配电示意图,2、现状测量数据,电流电压综合波形,电流、电压综合波形,基波有效电流 5次谐波电流,基波有效电流,负荷综合电气数据,5次谐波电流,7次谐波电流,11次谐波电流,13次谐波电流,综合谐波电流频谱,各次谐波电流统计数据：,各次谐波电压统计数据：,从以上检测结果看，负荷处产生的主要是以5、7次谐波为主的光谱谐波电流。其中总谐波电流畸
7、变率THDI为30.6；总谐波电流畸变率THDV为5.3；,3、谐波治理,近年来，通信系统中由于非线性负荷的日渐增多，特别是一些大功率UPS的大量应用，导致电网中产生大量的高次谐波电流，进而电压波形发生较大的畸变，引起系统的功率因数降低。低的功率因数和谐波，会造成设备自身和电网相当大的附加无功电能，增加电网输变电以至发电设备的负担，影响设备运行及寿命。故须采取必要的措施，以防止谐波电流在电网中传送及流动，从而消除谐波对供电系统及设备、通信与控制系统的不良影响。,4、谐波治理方案（加装有源滤波器）,谐波治理主要方法比较,工作原理,充电板块,电源板块,电流板块,补偿板块,工程实施实例,四、谐波治理
8、效果评估,波形对比,频谱对比,关键数据对比,结论（A母线）,结论（B母线）,四、谐波治理工程的节能效果,1、治理谐波是节能降耗的有效措施2、降低变压器容量配置的节能效果3、降低发电机组容量配置的节能效果4、治理谐波后的节能效果,1、治理谐波是节能降耗的有效措施,1）电力变压器：转换能量效能较高的设备，但也存在空载损耗、负载损耗和热损耗。其节能的主要措施是降低上述损耗。而谐波与这些损耗密切相关：其中涡流损耗、磁滞损耗分別与频率的平方、频率成正比，高次谐波的引入将增加额外的涡流损耗和磁滞损耗；铁心由于急剧变化的磁通导致铁损急剧增加，进而使变压器局部严重过热；中性线上由谐波和不平衡引起的过电流会在三
9、相变压器线圈中出现环流从而产生附加损耗。2）电力线路：供电线路线损是电力损耗的重要原因，低压线路尤甚。节能的主要措施是治理电网低功率因数和谐波，从而减少线路电压损耗。此外高频率的谐波因加重导线的集肤效应，进而铜损急剧增加；严重时会使温度升高，造成导线绝缘损坏。,3）油机：在有谐波电网中，高次谐波电流直接返馈给发电机，在发电机的绕组中引起感应电流，使之发热产生损耗，导致输出功率降低。特别是5次和7次谐波电流严重时，会与基波磁场相互作用引起振荡力矩产生机械振荡，使电机产生机械振动和噪声。4）电气设备：大的谐波电流和低的功率因数会造成设备自身和电网相当大的附加无功电能，影响设备运行及寿命。,2、降低
10、变压器容量配置的节能效果,谐波治理可降低变压器容量的配置 UPS总容量：500KVA 容量配置比降低30%50030150（KVA)在即节省工程投资的同时，每月可节省变损费：150203000（元）加上力调费的节省，每年可节省电费5万元。,3、降低发电机组容量配置的节能效果,IT中心主要的UPS系统有三套，两套爱克赛9315/130KVA和一套爱默生200KVA系统。其中，两套9315均未6脉冲整流且未带滤波装置，谐波高达32，爱默生系统为12脉冲整流，谐波在25左右。仅对UPS而言，发电机组容量配置为:13022.52002.0933（KVA)约为750KW考虑谐波治理因素，则可降低容量配置
11、:（1302200）1.5690（KVA)约为550KW由此可见，通过谐波治理，可降低发电机组容量200KW在节省工程投资的基础上，同时节省油耗。根据不同机组的功率油耗曲线，每小时可节省柴油30升。按每年机组运行200小时计算，每年可节省约4万元。,4、治理谐波后的节能效果,治理谐波后的节能效果,由工程实例测试数据可见：谐波滤波器开机前总电流为210A+148A=358A 谐波滤波器开机前总电流为189A+130.3A=319.3A 节电比例为(358-319.3)/358)=10.8以目前每年300万元电费计算每年可节省电费：30010.832.4（万元）总体节能效果 上述三项节能费用合计：5432.441.4（万元）,五、结论与展望,综上所述，谐波治理不仅能提高供电质量，保证设备和供电安全，同时具有较好的节能效果。特别是在频繁采用大功率UPS的情况时，谐波治理后的节能效果尤为明显。,谢谢！,
