GB10236—中GB10236—Guideforevaluationofinterferenceandcompatibilitytechnologybetweensemiconductorconvertorsandpowersupplysystem中民機械電子工業(yè)部1988-12-12批1990-01-01 內(nèi)容與適用范本導(dǎo)則是GB3859在半導(dǎo)體變流器與電網(wǎng)相互干擾及其防護(hù)方法方面的補充。 標(biāo)GB 變流GB SD 術(shù)擾動超過規(guī)定極限值后，對運行所產(chǎn)生的影響程度，一般可分為三種情況，即P脈波的變流器，其特征諧波次數(shù)為KP±1，其中K＝1、2、3……。h次諧波因數(shù)(h次正弦波形畸變率 hhn＝U2hUuU1

式 THDu——總電壓諧波因數(shù)U1——基波電壓的值h＝h＝nI2h

式 THDi——總電流諧波因數(shù) 值I1——基波電流 值，A變流器對電網(wǎng)的干擾與系統(tǒng)間可能發(fā)生并聯(lián)諧振，從而放大諧波。關(guān)于并聯(lián)諧振問題見本導(dǎo)則第7.4條。P57Ih＝I1L／(h－5／h)133式 I1L——網(wǎng)側(cè)基波電流

I［a＋bIh＝ a＝式

；

b＝1②本圖計算中假定直流平波電感Ld＝∞④dx為固有直流電壓調(diào)整率的感抗分量。當(dāng)直流電流的脈動分量增大時，網(wǎng)側(cè)電流中的5次諧波可能比計算值增大20%～50%，其他次數(shù)的諧波將略有減小。15%h＝( h——h次諧波電流的相位移角 θ——變壓器的移相角；I——基波的

注：在諧波次數(shù)較高時，相角計算的誤差很大。一般說，13次以上諧波的相角計a.對于高壓系統(tǒng)(6kV及以上)，當(dāng)輸配電線路較長時(例如：在40km、35kV以上的線；5km、6kV以上的電纜)，其電容值對諧波阻抗的影響不容忽視，計算時可用Ⅱ型2a所示為一典型的具有變流器負(fù)載的配電系統(tǒng)單線2bh次諧波等值電路。注入系統(tǒng)h次諧波電流Ish可用此簡單電路來計算。Ish

Z＋ZZ fhI2＋I(xiàn)2＋I(xiàn)2＋2II h1式

I2＋I(xiàn)2＋I(xiàn)2＋I(xiàn) h1

產(chǎn)生的第h次諧波電流和第h次諧波等按電路理論計算系統(tǒng)中任一點的諧波電hhU＝Zsh I＝IhhZsh＋Z

sh

HD＝UhuUunhnh＝U2hUuU1

U )2＋1(hQ)21／ p｜Zhp

LN

式 Qs＝Xs／Rs，約為Qp＝Rp／Xs，約為S＝U2 s h——諧波次數(shù)； 1／ 1＋(Q·Q)2＋(hQ)2 HD＝｜Uh

Ih｜Zh

×

＝

＝R×(h－5／h)1 33 33

＝S1LS1L——變流器表觀功率，VA低壓系統(tǒng)使用的的電網(wǎng)換相變流器所引起的總電壓諧波因數(shù)與脈沖數(shù)P及最小值Rsc值之間的關(guān)系如表2所示，計算中假定變壓器阻抗采用Qs＝8，Qp＝100，且考慮有15%的非特征諧波(以六脈波變流器的理論計算值為100%)。數(shù)THDu(AE(AE(AE(AE(值%角度%角度角度角度9需的最小Rsc2Rsc2倍。

表3和表4分別給出了電網(wǎng)電壓諧波因數(shù)極限值和用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值。 542643353211注：表中數(shù)據(jù)取自SD126容量Sk234567896353421容量Sk3635131而言的，當(dāng)實際電網(wǎng)容量與表列電網(wǎng)容量不同時，允許注入的諧波電流值由式(15)計算：I＝Sc S Sc——電網(wǎng)的實際短路容量，MV·A36128—6推薦的最小Rsc值如表2所示。12時，要考慮對投資和維修帶來的影響，應(yīng)控制使用。36脈波數(shù)以上對減少諧波已無明顯效果，不推薦變流系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流超過電力部門規(guī)定或母線電壓(總的或某一次的)諧波因數(shù)影響。諧濾波器的濾波對象是幅值較大的，如5、7、11、13次奇次諧波中的某一次 高通濾波器的主要對象是同時濾除幅值較小的幾個高次諧波，如17、19、23、需要。有關(guān)內(nèi)容參見第7.3條。 AE＝57.28／Rsc(百分值×電角度

或 AE＝(57.28／75)×100＝76.4(百分值×電角度則由該處的短路容量對表觀功率之比Rsc決定，深度隨Rsc的增大而減小。缺口深度：D＝AN(V)式 系統(tǒng)如圖5所示：

若變流器沒有臂電抗器，則A點處的線電壓在換相時跌落到零，因而換相電100%B、C、D各點的缺口深度逐次減小，換相缺口深度與變流器直流電流Id值的大小無關(guān)。點%DCBA并聯(lián)運行的變流器，在延遲角不同，且角較小的情況下，可按第4.2.2條的方但角較小，且不在同一延遲角下工作)和10臺變流器在同一延遲角下工作這兩種不同情況下公共母線B處的換相缺口深度。7點 EDCBA點 D%EDCBA交流母線接有變流器負(fù)載，當(dāng)變流器由空載到滿載(S1L，功率因數(shù)角 Xc cosarctg Sc——電網(wǎng)在計算點處的短路容量，MV·A；Xc／Rc——一般為4～108是最常見的數(shù)值。

cosarctg ／ ＝Scmin cosarctg ／ 求，見第5.3.2條的規(guī)定。減小電壓波動的最有效辦法是采用強大的電源(Rsc)。必要時還可采用補償?shù)姆椒刂瓶偀o功功率的變化。有關(guān)功率因數(shù)補償?shù)姆椒▍⒁姳緦?dǎo)則第7.3條。 ∞(·Δ ∞(·ΔU2fΔU10式 αff—閃變頻率為f時閃變電壓的值，V

f5.3.2變流器的抗電網(wǎng)干擾10果所設(shè)計的變流器的抗擾等級高于電網(wǎng)存在的擾動等級(包括變流器本身接入后引起的擾動) FTD極限值參見本導(dǎo)則第5.3條。這三類變流器的適用場合為：變流器直接連接到一個公共變壓器上，或者電網(wǎng)容量很小(即Rsc較小)的場合。BC級所規(guī)定的擾動極限的幾率很小，但變流器故障帶來和損失很大時，采用A級變流器是合適的；抗擾等級為B級的變流器，主要是適合在一般電網(wǎng)條件下工作的變流器，如GB3859所規(guī)定的電源條件下工作的變流器。B級變流器也可用于電網(wǎng)條件雖然嚴(yán)酷，但已采取了改善措施(如變壓器、濾波器及補償設(shè)備等)B級允許擾動的機率很小，能保證變流器所需的可利用率的較穩(wěn)定，Rsc值較大的場合使用。另外，這類變流器也用于那些由“高質(zhì)量”供電系統(tǒng)供電ABCF221F211T55擾動說ABCFTT擾動說ABCF551短時T853T551擾動說ABCF5F763F221F3TTT深度隨觸發(fā)角(α)1／內(nèi)所有換相缺口面積總和不應(yīng)超過表14所列數(shù)值的4倍。要有(如圖8所示)：瞬態(tài)電壓的上升時間tr(從10%到重復(fù)瞬態(tài)電壓峰值與工作電壓峰值之比ULRM／ULWM，(標(biāo)么值)；e.非重復(fù)瞬態(tài)電壓的持續(xù)時間tw(50%幅值處)，μs。W＝400StN(StN為變流變壓器tr＝1μs；何抑制措施時，此值可高達(dá)10以上)；tw＝3～300μs變流器與電網(wǎng)的兼容性估計所選變流器的抗電網(wǎng)干擾極限值(表11、表12、表13及表14)。波動及不平衡度等不能滿足要求時(5.3.2條)，或者采取抑制措施加以改善，或者重新選功率因數(shù)補償與并聯(lián)諧振(閥側(cè)和網(wǎng)側(cè))cos來反映，最后一個因素可用畸變因數(shù)v來反映。其關(guān)系式為：λ＝vcosGB38592中查得。六脈波以上的變流器，畸變因數(shù)接近于1，因而計算總功率因數(shù)時，可只計算位移因數(shù)而無顯著誤差。慮。未考慮這一因素而引起的功率因數(shù)的計算誤差，實際上不超過3%。

cosSS 式 Ud、Id——分別為直流輸出電壓和電流Udi——理想空載直cos式 UT0——閥的門檻電壓 tg＝

如果不考慮電網(wǎng)短路阻抗對換相的影響(Rsc大時，這一影響可以忽略)。計算重e

×Id×

e。當(dāng)網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)設(shè)有附加電抗時，應(yīng)取附加電抗與變壓器的漏抗之和相對應(yīng)的exN值；3859的表2直接查取。dx。額定直流電壓下，延遲角為零時的位移因數(shù)cos短路Rsc－Sc／UdiIdN1011查出額定條件下，無相位控制時的位移cosN。額定直流電流下，延遲角不為零時的位移因數(shù)coscosαN＝cosα＋(1－cos對逆變運行超前角為β時的位移cosβN＝cosβ＋(1－cos非額定直流電流下的位移因數(shù)cos

dx代替額定直流dxN(dx＝dxNId／IdN)作為橫坐標(biāo)值1011Id下的位移因數(shù)cos按式(30)或式(31)計算相位控制角為α(或超前角為β)時，直流電流Id下的位移因數(shù)cos或cos?？紤]變流變壓器勵磁電流的影響時的位移因數(shù)cos(sin(sin／I)＋cos22

＝

圍內(nèi)運行，例如＋10%～－5%(B級)或±10%(A級)。這意味著在正常供電電壓時，變流器必須工作在某一延遲角αQc＝Qavg－Pavgtg2avg＝Pavg(tg1avg－tg ——未加補償時的平均位移因數(shù)2avg——補償后的平均位移

I＝X

平滑調(diào)節(jié)，以改變整個系統(tǒng)的補償容量。如使Q1max－Qc，則補償量可以從0到Qc之間連續(xù)14所示，晶閘管開關(guān)均在電容電壓與電高時，飽和電抗器L吸收較多的無功電流，使母線電壓下降，而當(dāng)母線電壓過低時，飽和構(gòu)成電網(wǎng)中各次諧波濾波器。如圖15所示。((

式 Ls——電網(wǎng)短路電感L——補償或濾波電容器的串聯(lián)電感，C——補償或濾波電容，F(xiàn)

即Lsr＝Ls

Sc11

式 ω1——基波角頻率Qc——補償電容器容量 當(dāng)整個系統(tǒng)在變流器產(chǎn)生的h次諧波頻率上發(fā)生并聯(lián)諧振時，對h次諧波電流源來說，其h次諧波阻抗與1／(Rs＋R)成正比。一般情況下，RsR均較h次諧波阻抗很大，使變流器母線上h次諧波電壓大大增加，因而h次諧波的放大系數(shù)很大。載時，可用圖17來確定諧振頻率和諧波放大系數(shù)。圖中：RSY＝Sc／QY＝SM／Qc，其中Qc為補償電容器容量，Sc為系統(tǒng)短路容量，SM為交流電容量。由于交流電主要吸收有功功率，其等值電阻較大，因而考諧波放大系數(shù)實際應(yīng)用的計算實例見附錄DQcmin，作為一次近似，不考慮其他負(fù)載的影響，臨界容量＞khh

2r

X h h式 XL——電抗器的基波電抗值Xc——電容器的基波容抗值，Ω，故測可采用如圖19所示的測量系統(tǒng)。最常用的儀器是陰極射線示波器。當(dāng)?shù)拇蛴∮涗浽O(shè)備，如，X—Y記錄儀，波形記錄儀等，可以大大提高測試效率。整個測試系統(tǒng)的連線應(yīng)采用線。 U1I1＋U2I2＋U3式 I1、I2、I3——所測得的相電流，Acos之間差)的數(shù)據(jù)計算，也可以由圖20的測量結(jié)果計算出來。＝s1 L＝s1U

ULN——峰值電壓 按限制電壓波動要求計算最小短路比Rsc及短路容量的計算實例(參考件S1Lmax＝UdiIdmax＝2MV·A，且其對應(yīng)的最低功率因數(shù)cos＝0.072。為了使母線電壓在變流器工作時的波動不超過8%，10kV母線的最小短路容量Scmin計算如下： Rcmin

cos(arctgXc－)cos＝0.027； ＝1／ΔUUScmin＞S1Lmax×12.5＝25MV·A 兼容性的估(參考件路容量，如表B1所示。C160μW電C28 變流器初步選型——變流器 C——變流器 B——變流器 A 電壓波動計算 則同期系數(shù)為0.2，總有功功率為：cos＝U

S＝

＝640設(shè)：電機加速時，工作于2.0IdN下，且此時cos＝0.1，取Xc／Rc＝8 ＝2.0S＝

c

cos ΔU＝

－ 最大負(fù)載為350kV·A，功率因數(shù)為0.75，所以：LV2cos＝0.75 X Rcos －R取系統(tǒng)的Xc／Rc＝8，則 ΔU＝ Xc－×100%＝0.65 Q＝300×1－0.752＋350×31－0.252cos

X X R －R取c＝8，則 ΔU＝1.309 由于LV1母線上負(fù)載較穩(wěn)定，并設(shè)250kVA負(fù)載及變流器C1的功率因數(shù)均為coscosX X Rcos －R則 ΔU＝0.3×0.75×100%所以： 已知條件列在表B2中。 容量即：S1LM＝3.303MV·A；cosXRc＝8；10kV X Rcos －R則 ΔU＝3.303×0.94×100%所以： 電壓諧波因數(shù)計算

＝

uTHD＝231×1%u THD＝8.6×1.3%

＝14.2THD＝231×1%u THD＝14.2×4.88%

＝20.5THD＝231×21%u THD＝20.5×10.14% (只有LV3母線上THDu＝10.14%略大于規(guī)定值10%) 換相缺口參數(shù)計算 D＝1.1×100%

D＝