流入电网的谐波电流为
若流入电网的谐波电流满足国家标准,则进行下一步的校核,若不满足要求,则降低R的大小,并对C、L参数进行微调,进一步减少流入电网的谐波电流;
7. 计算滤波器正常失谐情况下,滤波性能是否能够达到标准,若不能达到标准需要进一步调整C、L、R参数;
8. 计算电网阻抗和滤波支路的等效并联阻抗,检验是否在特征频率下发生并联谐振,若发生并联谐振则需要进一步微调C、L、R参数;
9. 当C、L、R参数满足上述所有要求的情况下,进一步校核各器件的额定电流以及额定电压,使得电容器的额定电流电压容量满足
其中U,I,Q依次为电压电流容量,C1,Ch,CN依次为基波谐波和额定值。
ii. 高通滤波器支路
高通滤波器和C型阻尼高通滤波器的设计方法类似,下面以高通滤波器为例说明其C、L、R参数的设计方法。
1. 与单调谐滤波器设计思路类似,根据需要补偿的无功功率确定电容C的大小;
2. 根据滤波需要设计所需的截止频率f,一般取高于最高次单调谐滤波器的谐振频率;
3. 根据C和f计算R的大小,满足
4. 对于高通滤波器,定义m
一般取m在0.5-2之间。计算得出电抗器L的大小。
5. 对于C型阻尼高通滤波器,可以根据截至频率f和C确定,为
其中为系统角频率,为截止频率对应的角频率。得到后,设计电抗器L的参数,使其满足和在基波频率下发生串连谐振。另外,也可以利用和步骤5中同样的方法确定L的大小,并利用谐振关系确定的大小。
6. 和单调谐滤波器类似,检验正常情况下的滤波效果,在失谐情况下的滤波效果,以及是否会和系统阻抗发生并联谐振。若各项要求都满足,则确定滤波器的参数,否则对参数进行微调;
7. 计算滤波支路的电压电流大小,计算得出各元件的额定电压电流大小;
四、计算程序清单,使用方法详见程序注释以及算例设计。(计算程序基于MATLAB R2006a软件)
i.系统阻抗计算程序 (cal_sys_imp.m)
ii.单调谐滤波器参数计算程序 (cal_tune_para.m)
iii.高通滤波器参数计算程序 (cal_highpass_para.m)
iv. C型高通滤波器参数计算程序 (cal_c_highpass_para.m)
v.无功补偿参数计算程序 (cal_reactive_para.m)
vi.系统性能仿真程序 (system_simulation.mdl, system_analysis.m)
五、算例设计
本节针对某轧钢厂谐波治理项目,使用第四节中的程序,计算滤波支路以及无功补偿支路的参数。本节图文并茂,尽可能详细的演示了如何使用第四节中的程序,可作为以后设计谐波治理装置的参考。
某轧钢厂谐波治理项目
本系统为轧钢厂低压侧系统,变压器为10/0.4KV、其容量为1600KW。已
知工厂主要用电设备为轧钢机(132KW*2组,DC电机),平整机(75KW,DC电机),分卷机(45KW*2组,DC电机)。另有电炉480KW一组、280KW一组,后续可能上一组300KW电炉。
在以下情况下测量谐波含量:测量时只有(132KW*2组,DC电机)运行,其它均未投运。其中5次、7次、11次谐波电流见表,功率因数为0.3,变压器短路容量为5MVA。
5次、7次、11次谐波电流
谐波次数A相谐波电流B相谐波电流C相谐波电流5次132.210134.315128.1557次25.02924.93724.07611次28.34728.79327.685备注:以上数据测量为满足前提条件时的数据项目要求:根据以上数据合理设计无源滤波装置,要求能有效的消除抑制谐波。另需计算出本系统的电容补偿容量。即最终结果要求是谐波治理加电容补偿。
第一步:
使用cal_sys_imp.m,根据系统短路容量,算出系统阻抗。首先打开cal_sys_imp.m文件,然后按照实际系统设置框中的数值,如图1所示。保存文件后,按F5执行程序。运行结果显示在Matlab主窗口中,见图2。
图1 短路容量计算参数设置
图2 短路容量计算结果
第二步:
使用cal_tune_para.m计算各个支路的电容器电抗器参数。使用cal_tune_para.m又分为两小步,首先是根据系统所给参数计算出最小电容容量,然后需要根据实际产品,选取一个大于此最小容量的规格,然后再次计算,求出最终的电容器和电抗器参数。
下面以5次支路为例,给出计算过程。首先打开cal_tune_para.m文件,设置相关参数,见图3。这一次只设置实线框内的数据,并注意此时虚线框内的代码,此时必须加%注释掉。参数设置完成后,按F5运行程序,运行结果在Matlab主窗口中,见图4。
图3 计算滤波器支路参数时的相关设置
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