【国家标准(GB)】 半导体电力变流器与电网互相干扰及其防护方法导则

中华人民共和国国家标准
半导体电力变流器与电网
互相干扰及其防护方法导则
Guide for evaluation of interference effectsand compatihility technology hetween semi-conductor convertors and power supply system1主题内容与适用范围
1.1主题内穿
本导则规定了半导体电力变流器与电网兼容问题的处理原则和方法，GB10236—88
本导则是GB3859在半导体变流器与电网相五T扰及其防护方法方面的补充。1.2适用范圈
本导则适用于电网换相半导体变流器，其他类型的半导体变流器亦应参照使用。本导则不涉及音频和射频下扰问题。2引用标准
CB2900.33电工名词术语变流器
GB3859半导体电力变流器
S1)126电力系统谐波管理暂行规定3术语
和导则所归的有关术语,部分直接引白GB3859,部分则是本导则所涉及的而在本专业的有关标准注商,未给出明确定义的术语。某些术语可能有更产义的含义，担此处所给出的定义，一般只反映本导则这用时的特定含义。
3.1电气机动
偏离电气量（频率、交流电压方均根值、交流电压不对称度、交流电压波形等）规定值的变化。3.2电气设备或系统的抗扰等级
电气设备或系统承受电气扰动的能力，任何扰动具要不高于规定的等级，电气设备或系统就能正常遥行
3.3电气设备或系统受扰的类别免费标准下载网bzxz
扰动超过规定极限值后，对运行所产生的影响程度，一般可分为种情况，即F类（影响性能），T癸（中陆运行)D类（损坏）
3.4电气设备与电网的兼容性
如果系统中所有电气设备的抗扰等级都高于所在电网的扰动等级，则称电气设备与电网兼容。3.5兼容裕度
在定运行条件下，对某规定类型的扰动前胃，电气设备的抗优电平与施加于其上的扰动电平之中华人民共和国机械电子工业部1988-12-12批准1990-01-01实施
3.6短路比
GB 10236—8B
在规定的运行条件及网络结构下,电网中某规定点的短路容基与变流器网侧表观功率之比。3.7谐波
非正弦周期波形中所含的频率为其基波频率整数倍的正弦分量。3.8特征谐波变流器的）
变流器在理想三相对称条件下运行时所产生的那些谐波。对于P脉波的变流器，其特征谐波秋数为KP±1,其中K=1、2,3..。
3.9非特征谐波（变流器的）
变流器产生的特征谐波以外的那些谐波。非特征谐波可能因交流电压的不对称，延迟角不对称等原因而产生。3.10五次谐波因数(欲正弦波形畸变率）第孔欢谐波的方均根值对基被的方均根值之比。3.11总谐波因数（总止弦波形畸变率）所有各次谐波的方均根值对基波方均根值之比。计算总电压谐波因数的公式：U
式中：THDu—总电压谐波因数;
h——谐波次数；
U,一一第 次谐波电压的方均根值，V;U
一基波电压的方均根值，V：
所含最高次谐波的次数。
计算总电流谐波因数的公式：
武中：THD,——总电流谐波因数；I.——第次电流的方均根值·A，I,——基波电流的方均根值,A。3.12换相缺口
×100%
在电网换相变流器的换相期间，出于换相而引起的电网电压波形的窦变（荫落）。3.13电压闪变
电网电压波动的频率和幅度使接在同一母线上的白炽灯亮度产生人瑕明显感到忽明忽暗的变化，这种电压变化即称为电闪变。
3.14：滤波器
一种用来减少流入电力系统基-一部分的谐波电流，或降低加到电力系统某一点上谐波电压的电力设备。
3.15并联滤波器
GB10236—88
与所要保护的装置或系统并联的一种滤波器，它对要限制注入的谐波电流呈现低阻抗，从而限制谐波电流注入被保护的设施。
并联滤波器通常由电容、电感、电阻构成，确定其参数时，应使它在某些特定频率或频带下呈现低的阻抗。例如：单调谐、双调谐、高通等滤波器。A变流器对电网的干扰
4.1网侧的电流谐波和电压谐波
变流器等非线性电力设备接在电网中使用时，它们从电网吸收有功电流和无功电流的同时，也问电网注入谐波电流，而谐波电流在电网阻抗上产生的谐波压降，使电网各点电压产生畸变，干扰了电网中其他设备的良好运行。谐波对电网的干扰程度通常用电压和电流的谐波因数来衡量。当电网中的电力电容器（如补偿电容器、滤波器中的电容器）与变流器共存时，电容与系统间可能发生并联谐振，从而放大谐波。关于并联谐振问题见本导则第7.4条。4.1.1变流器产生的谐波电流
4.1.1.1谱波电流幅值
在理想情况下，假定电网换相变流器的直流电流平直.其电压脉波数为P，则网侧电流中只含有h一KP士1次的特征谐波（式中K为正整数）。第次谱波的理论幅值为Ih=I,/h（式中I，为基波的幅值。
实际上由于各种非理想因素（电网电压不对称，触发延迟角不对称等）的存在，不可避免的产生非特征次数的谐波。
由于换相重叠现象、直流电流脉动等，实际的谐波值将与理论值有所不同。大量统计表明，六脉波及其以上的变流器所产生的谐波电流对基波电流之比的典型值如表1所列：表1
脉波数
谐波次数h（相对于基波电流的标么值）11
其中次特征谐波也可用式(3)和式(4)进行估算：Ih=It/(h—5/h)t.2
其中，
5≤31
IL=Su/ULNX V3
式中：IL-一网侧基波电流,A;
Sum变流器网侧表观功率,VA:
Ui-网侧线电压，V。
若变流器选行时的延迟角α、重叠角z（或感性真流电压调整率d）已知，则谐波电流可出式（5）计算：
式中：a-h-
sin/(h--1)u/21:
h=+sin[(+1)u/2];
GB 10236-88
I,=ZEa\+6-2abeos(2α+u)]v
d -.h[casa—cos(a+u)i或d=2hd,或直接由图1查得。.(5）
当直电流的脉动分量增大时，网侧电流中的5次谐波可能比计算值增大20%～50%，其他次数的谐波将略有减小。
脉波数较高的变流器所产生的非特征谐波，一般为六脉波变流器特征谐波的10%～15%。4.1.1.2谐波电流的相位移
慢定网侧电流为梯形波，一KP士1次谐波电流的相位移角由式(6)计算：=(1±P)+P
式中：虹—万次谐波电流的相位移角：K——正整数:
I·脉波数；
：0变压器的移相角；
——基波的位移角。
注：在谐波次数较高的，相角计算的误差很大。一-般说，13次以上谐被的相角计算已失去实际意义。4.1.2谐波计算
4.1.2.1谐波等值电路
（6）
在谐波分析计算中，通常将变流器等效为若干个不同题率的独立的谐波电流源。这些谐波电流源互不相卡地共同作用丁变流器网侧电路上，按叠加源理，其综合作用等于变流器对电网的作用。电力系统中的元件如变压器、输电线、电容器、电抗器及电力负载等对不同次数的谐波呈现出不同的阻抗。所以，在谐波分析计算中，应采用与所计算谐波相应的等值电路。a，对于高压系统（6kV及以.E），当输配电线路较长时（例如：在40km，35kV以上的架空线，5km，6V以上的电缆），其电容值对谐波阻抗的影响不容忽视，计算时可用Ⅱ型等值电路来近似b。同步发电机的第五次谐波阻抗，可用该请波次数乘它的次暂态电抗值来近似：e.其他负载的阳抗对谐波计算的影响，只有当这些负载的容量与其所接入系统的短路容量可相比拟时才给予考虑。若系统的短路容量远远人于这些负载的穿量，则飞们的影响可以忽略。4.1.2.2注入电网谐波电流的计算图2a所示为-一典型的具有变流器负载的配电系统单线图，图2b为第次谐波等值电路。注入系统h次谐波电流1s可用此简单电路来计算。..com17
GB10236-88
注，逆变工作状态时，用裕度角？代替延迟角。2本围计算中假直流平波电感=rx)I/l，为延退角α下h次谐波电流与理想基波电流之比。) d，对固有直流电压调整率的感抗分量。d.
其糖负药
1供电系续
变发器
GB 10236—88
当其他负载的容量与系统短路容量相比很小时，可不考虑其影响，则：+
当同配电系统中具有多台变流器时，可逐个计算每台变流器注人电网的谐波电流幅值及它们之间的相位差，然后用向量叠加法计算总谐波电流。两台变流器同次谐波(第h次)电流合成值：I-Vi++2hacos
式中：I.I-两台不同变流器的第次谐波电流辐值；12—1h和2间的相位差。
在相位差不能确定时，一般可以用式（9)计算第无次谐波电流的合成值：aV,++uIb
还应注意，在诸波的高次频段内，非特征谐波所占的比再将明显增加。4.1.2.3谐波电压及电压谐波因数计算(8)
谐波电压是谐波电流流过中网谐波阻抗时产生的谐波压降。图而，只要得到变流器产生的第次谐波电流和第五次谐波等值电路.便可按电路理论计算系统中任一点的谐波电压及电压谐波因数。以图2为婉.配电母线,上第为次谐波电压为（忽略其他负载影响）：存次电压谐波因数为：
总电压谐波因数为：
GB10236-88
z品十2%
THD, =
X100路
对不含电力电容器及滤波器的电网，为计算变流器母线上的电压谐被因数，在变压器的谐波阻抗远大于系统的谐波阻抗时，可用变压器的谐波阻抗作为系统的等值谐波阻抗。一般情况下变压器的谐波阻抗可真接用其漏抗乘以谐波次数来近似必要时可用式(13)计算：UL
式中:Q=X./R,约为 8~~10,
Q=R/X,,约为80～120，
S.-UIN/X.;
(Q,Q)3
(1/Q:+1/h2)1/2
R，与负载摄耗相对应的串联电阻，：ULN额定线电压，V:
R。与空载摄耗相对应的并联电阻，；谐波饮数：
上变压器抗，。
第为次电压谐波因数为：
式中：R
InIzhl
UrN//3UeN/ /3
(h5/h)12
[1+..o+h?
[1/Q+1/131/2
SiL—--变流器表观功率,VA。
4.1.2.4请波电压与R
*-++++++++++
低压系统使用的标准设计的电网换相变流器所引起的总电压谐波因数与脉波数P及最小值R值之间的关系如表2所示，计算中假定变压器阻抗采用Q一8，Q100，月考虑有15%的非特征谐波（以六脉波变流器的理论计算值为100%）。总电抵谐波
因数TH
（方均根值）
(分值X
电角度）
GB 10236—88
要求最小的R。值（适用于低压系统）F=12
（百分值X
电角度）
（百分值
电角度）
【百分值×
电角度）
注:(D) 对中压系统,所带的最小 R为 3 筛于表 2 所示的 R,值,对高压系统,所需的最小 Hc为表 2 所列 R值的2：
裴2不适用于装有电容器和滤波器的情况。裁2所列数学系指变流器接人也网后引起的新增的电压谐波，不包括该处愿有的谱波。( 表 2 列出的电网电压缺口面积 AB,系指单个缺口的面积,见本导卿筛 4. 2. 1 条。@)表中所列的谐波因数值对应于变流器运行在额定网表观功率SiL下的数值。4.1.3谐波限制
为了保证电力系统中各电器设备的良好运行，必须限制变流器对电网的干扰程度。表3和表4分别给出了电网电压谐波因数极限值和用广注入电网的谐波电流充许值。表3
供电电压
6或10
35或63
总电压谐波因数
注：表中数据取自 SI)12684岁电力系统谐波管理暂行规定\。表4
供电电压U
6或10
35或63
相应电网短路
容量5
各次电压谐波因数，%
谱波次数及谐波电流充许值(方均根值),A5
供电电压
6或10
35或63
应电网短路
容量St
注：表中数据取自SI）126--84。GB10236—88
谱被次数及谐波电流7允许值（力均根值）A12
当用户本身的用电设备对谐波电斥的要求较表3规定的极限值更为严格时，还可提出更为严格的限制，而表4所列注入电网的谐波电流最大允许值是对表列短路容量值的电网而言的，当实际电网窄量与表列电网容量不同时允许注入的谐波电流值由式(15)计算：(15)
实际允许注入的谐波电流.A，
武中:j
表4所列的谐波电流值，A；
Sr—表4 所列的电网短路容量,MVA;S,一电网的实际短路容量,MVA。对丁较小容书的电网换相变流器（见表5所示），般不需核算注人电网的谐波，可直接接入相应的电，
4.1.4诘波抑制
谐波抑制的目的是降低母线上的电压和电流谐波因数，使其不超过国家标准规定的数值，但谐波电医不仅与谐波电流有关，述与电网的谐波阻抗有关。表5
用户供电电压
3脉波
往：表中数据取自SD126—84。
4.1.4.1提高短路比R品
三相变流器,kVA
6脉波
12脉波
三相交流调压器,kVA
对称控制
非对称控制
在设计和实际应用中，尽量选取较高的R值是抑制谐波和一划干扰的有效措施，推荐的最小R值如表2所示。
4.1.4.2变流器本身采取的措施
增加变流器的脉波数是减少谐波电流的有效措施。一般大容量变流器本身就需要多个变流器串，并联构成因而适当增加脉波数并不增加投资。但脉波数超过12时，要考虑对投资和维修带来的影响，应控制使用。36脉波数以1对减少谐波已无明显效果，不推荐使用。非均·联（半控桥)会产生偶次谐波。在容量较大的变流器中不宜采用，网。
GB 10236-88
3脉波的联结方式还会产生直流分量，因而必须使用适当的变流变压器，以防山直流分量流入电延迟角的不对称将增人非特征谐波。在大型变流器中，延迟角的对称性应有严格的要求。止常运行时，避免症深度相位控制下工作，也能减小请波电流。4.1.4.3滤波器
变流系统生的谐波电流超过电力部门规定或母线电压（总的或某一次的）谐波因数超过规定，或因附近通讯系统有特殊要求等情况时，可以设罩滤波器，以减小谐波及其影响。通常，一套滤波装罩包括儿个单调谐的并联滤波器，有时还加一个高通并联滤波器。单调谐滤波器的滤波对象是幅值较火的，如5.7.1113次奇饮谐波中的某--次谐波。-般系统中使出现少量的偶次谐波电流，这些奇次谐波的滤波器也有一定的滤波作用。如果偶次谐波很大：也可设置偶次滤波器。总之，应根据变流系统发生谐波的大小、次数以及电力系统对谐波的限制费求来确定波器的个数、容量及调谐次数。高通滤被器的主要对象是同时滤除幅值较小的几个高次谐波.如17，19，23.25...次谐波。尚通滤波器仪在变流系统产生的谐波电流很人，而且用几个单谢谐滤波器尚不能满足要求时使用，一般，滤波器总是兼起无功补偿的作用，因而设计滤波器时总是兼顾到无功补偿的需要。有关内器参见第7. 3 条。
设计滤波装置时主要考虑困素有：丑。使流入电力系统的谐波电流及出此而引起的电压浒波不超过规定值；b.戒套滤波装置发出的总无功功率等下（或稍大于)按改善功率因数需要的无功功率；心滤波器在电网频率变动、滤波元件参数（特别是电容量）随温度变化面变动下证常尖谐时，仍能满足滤波要求；
d。滤波器应能承受止常的换相过电压及冲击电流而不会受到损伤（特别足电容器）：e、对滤波器的非正常失谐，应有相应的保护措施：f.滤波器的正带操作，应保证不致由于个别滤波支路切除而使其他术切除部分产生并联诺振.滤波器应尽可能设置在靠近谐波电流发生源的地方。滤波器叶元件的参数在运行过程中应定期检测，以免因参数变化而失去滤波作用。4.1.4.4谐波注入
出自关断电力半导体器件构成的采用脉冲宽度调制方式工作的谐波电流发生器（电力有源滤波），可产生相位、频率，幅值可调的谐波电流，将这些谐波电流注入系统，以抵消原有的谐波，这也足种消除谐波的方法。自前还只在容量较小，对谐波限制极为严格的系统中使用。4.2换相缺口
电网换相变流器在换相期间，参与换相的两相交流端子被瞬时短路，使变流器阀侧线电压突降到接道于零。由网侧荐在电抗，这一电压突变象将使电网的不同供电点出现电压缺门。电乐缺口的宽度等于换相重登角，其深度取决于各供电点的短路阻抗比。换相引起的电压缺口使电网电压发生突变，可能激发起高频振荡，干扰通讯和电子设备的工作。对变流器本身，若缺口宽度比触发脉冲的宽度还要宽，则会造成触发失败，使逆变器故障和整流器工准不稳定：换相缺口在低压配电系统中尤为明显。图3示出了典型六脉波变流器阀侧电压缺口波彤图GB10236—88
本.本，本。
本4本6本
注：为了楚起见，图中的换相缺口已予敢大，且略去寄生振荡。4.2.1换相缺口计算
4.2.1.1换相缺面积的计算
换相引起的交流电压波形缺口面积，取决于从“光穷大”电源到所计算点之间的电路阻抗所吸收的伏秒积。缺口面积休现出变流器对其他负载发生影响的程度。不考虑电容效应，对典型的六脉波变流器在电网某点所引起的电压缺口面积（主换相缺口），可出式(16)计算：An-Ua/(6fR)
，An—
所计算的缺面积，V·
一变流器理想空裁电压V
J—频率,IIz;
GB10236—88
R计算点的电网短路容量对变流器表观功率之比。若面积用该点线电压峰值的标么值和电角度为单位，则：Ae=57.28/R（百分值×电角度）以上计算都忽略了短路阻抗的电阻分量。示例见图4。..c+s-.
f,=50Hz;
ULV=380V(P、C,C处的额定线电压）;t/a=513V,
采用三相桥式整流电路，则公共耦合点P、C、C处换相生缺口面积：An-513/(6×50×75×10-)=22800V.μs或：4—（57.28/75)×100=76.4(百分值×电角度）4.2.1.2缺口宽度的计算
不计寄生电容的影响，换相缺口的宽度等于重叠角。当不考虑电路中所有电容对换相的影响时.只要延迟角及换相电流1相同，则电网各点上的换相缺口的宽度将保持不变。4.2.1.3换相缺口深度的计算
换相缺口的深度在变流器阅侧端子处为交流电压瞬时值的100%，在电网的不同点，则由该处的短路容量对表观功率之比R决定深度随R.的增大而减小。缺深度：ANV)
式中：t-——缺几度,s 或μs
u重叠角，用电角度表示。
D=A./u(%)
4.2.2有独立变流变压器时换相缺口的计算计算中认为电网和变压器的短路阻抗的电阻分量近似为零(18a)
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