冷库工程变频压缩机组的谐波治理
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2023年09月11日 10:09:08
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压缩机组常用变频器的谐波电流 压缩机组应用最广泛的是电压源交 - 直 - 交变频器,这种变频器由整流器(交流整流成直流)和逆变器(直流逆变成交流)两部分组成。通常,整流器为三相桥式不可逆或可逆整流,输出侧有大电容可看作是电压源,逆变器为PWM方式。

压缩机组常用变频器的谐波电流


压缩机组应用最广泛的是电压源交 - 直 - 交变频器,这种变频器由整流器(交流整流成直流)和逆变器(直流逆变成交流)两部分组成。通常,整流器为三相桥式不可逆或可逆整流,输出侧有大电容可看作是电压源,逆变器为PWM方式。


对电网而言,变频器就是一个整流装置,其网侧谐波电流次数h = km ± 1(k = 1,2,3 ……,m = 整流器整流脉波数)。


整流器为三相桥式整流(m = 6)时,变频器网侧谐波电流的次数为5、7、11、13、17、19、23、25 …… 在考虑谐波电流的影响时,一般情况下考虑到25次已足够。


由于整流器的负载是电容 - 电阻性质,因此理论计算网侧谐波比较复杂。很多变频器厂商都可以提供变频器谐波含量的数据或资料,读者可以据此计算谐波含量。如果得不到相关的数据或资料时,也可由表1来计算变频器的谐波含量。



压缩机组变频器谐波电流的计算过程


某工程选用2台变频压缩机组,变频器的数据如表2所示。



计算谐波源1在100 % 负载率时的各次谐波电流,根据表1可求得:I 5 = 600 × 32 % = 192 A;I 7 = 600 × 9.1 % = 54.6 A;I 11 = 600 × 6.2 % = 37.2 A;I 13 = 600 × 3.5 % = 21 A;I 17 = 600 × 2.5 % = 15 A;I 19 = 600 × 1.9 % = 11.4 A; I 23 = 600 × 1.3 % = 7.8 A; I 25 = 600 × 1.2 % = 7.2 A。


计算谐波源2在100%负载率时的各次谐波电流,根据表1可求得:I 5 = 720 × 32 % = 230.4 A;I 7 = 720 × 9.1 % = 65.5 A;I 11 = 720 × 6.2 % = 44.6 A;I 13 = 720 × 3.5 % = 25.2A;I 17 = 720 × 2.5 % = 18 A;I 19 = 720 × 1.9 % = 13.7 A;I 23 = 720 × 1.3 % = 9.4 A;I 25 = 720 × 1.2 % = 8.6 A。


两个谐波源的同次谐波电流在一条线路的同一相上叠加时,合成的谐波电流:




计算可得:∑ I 5 = 382.85 A,∑I 7 = 99.23 A, I 11 = 60.6 A,∑I 13 = 33.44 A,∑I 17 = 23.43 A,∑ I 19 = 17.82 A,∑ I 23 = 12.21 A,∑ I 25 = 11.22 A。谐波电流含量I H = (382.85 2 + 99.23 2 + 60.6 2 + 33.44 2 + 23.43 2 + 17.82 2 + 12.21 2 + 11.22 2 1/2 = 402.93 A


根据计算结果,本工程选用500 A的有源滤波器。从图1、图2可以看出:治理前低压侧(0.4 kV)的电压总谐波畸变率约5.7 %,电流总谐波畸变率约30 %;治理后的电压总谐波畸变率约2.1 %,电流总谐波畸变率约6.8 %。从图3、图4可以看出:治理前低压侧(0.4 kV)的5次谐波电压畸变率约4.8 %,电流谐波畸变率约26 %;治理后的5次谐波电压畸变率约1.7 %,电流谐波畸变率约6.4 %。满足GB / T 14549 - 1993《电能质量 公用电网谐波》的谐波限值规定。




无功功率补偿柜电容器前端串接电抗率的选择依据


冷库工程以三相负荷为主,当采用变频压缩机时,5、7次谐波的含量大,用户母线上除谐波源外还有电力电容器、变压器等,系统中电感性、电容性、电阻性负荷经常变动,在一定的频率下,可能存在串联或并联的谐振条件。当系统中某次频率的谐波足够大时,就会造成危险的过电压或过电流,无功补偿回路的电容器很容易因为过电压或过电流而损坏。要解决此问题,一方面要适当控制谐波源,另一方面是设法消除系统参数的不利配合。


由表4回路特性分析可见,无功功率补偿回路要实现抑制谐波的效果,应使回路阻抗呈电感性,即nX L  >]X C / n,X L = ωL = 2πfL,X C = 1/ωC = 1/2πfC。设n次谐波条件下的频率为f n ,设电抗率P = X L / X C = ωL · ωC,ω为基波角速度,基波的频率50 Hz,可得:




当以5、7次谐波为主时,将f 5 = 250 Hz带入式(2),求得P > 0.04。


根据《钢铁企业电力设计手册》,为减少谐波流入电容器和合闸涌流,可串联适当参数的电抗器。其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波情况下,均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗,从而消除谐振的可能。电抗器的感抗值按下式计算:



对6相整流线路,n = 5,则X L = 1.2X C /5 2  ≈ 0.05X C ,即电抗率P ≈ 0.05。


综合以上计算结果,当无功功率补偿柜电容器前端串接电抗率不小于5 % 时,对5次及以上谐波起抑制作用可以保护电容器。在冷库工程设计中通常选择的串联电抗率为7 %,可以根据发生谐振的条件f n = 50/√P进行计算:当电抗率P = 5 %,谐振点的f n =50/√0.05 ≈ 224Hz;当电抗率P = 7 %,谐振点的f n = 50/√0.07 ≈ 187Hz,都可以避免5次及以上谐波(250 Hz及以上谐波)发生谐振。相对于电抗率5 %,串联电抗率为7 % 离谐振点更远,对谐波电流的抑制能力更强,电容器更不容易过载。从保护电容器、保证无功补偿装置安全运行的角度考虑,选择串联电抗率7 % 更适合冷库工程的使用。     



作者:  
张伯乐,男,华商国际工程有限公司,高级工程师。 
李国涛,男,华商国际工程有限公司,高级工程师。 
刁明毅,男,华商国际工程有限公司,工程师。 
赵 斌,男,华商国际工程有限公司,助理工程师。 

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