本文介紹了如何使用 ETAP 分析電力系統(tǒng)的諧波。

我們將在本教程中學(xué)習(xí)：

– 諧波的含義以及它如何影響我們的系統(tǒng)/設(shè)備

– THD 和 IHD 是什么意思

– 如何使用 ETAP 進(jìn)行諧波潮流研究

– 如何為某些組件生成諧波圖

– 如何確定諧波濾波器的大小以減輕諧波

諧波是電力系統(tǒng)中不可忽視的重要概念之一，它會影響電能質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行。系統(tǒng)中的高諧波水平可能導(dǎo)致組件過熱，從而導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短，功率因數(shù)降低。當(dāng)然，電力系統(tǒng)的理想電源是純正弦波。由于諧波的存在，這些純波可能會從正弦形式扭曲。

諧波扭曲電流和/或電壓波，擾亂配電系統(tǒng)并降低電能質(zhì)量

基本上，諧波是由非線性負(fù)載引起的。負(fù)載吸收的電流與電壓源的波形不同，稱為非線性。整流器、不間斷電源 (UPS) 和變頻驅(qū)動器 (VFD) 都是諧波源的例子，會使電壓和電流失真。

非線性負(fù)載會改變交流電源電流的正弦特性（從而改變交流電壓降），從而導(dǎo)致交流電源系統(tǒng)中的諧波電流流動，從而對通信電路和其他類型的設(shè)備造成干擾。（閱讀 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 510）

預(yù)制諧波分析

本文介紹了如何使用 ETAP 分析電力系統(tǒng)的諧波。所以像往常一樣，您需要做的第一件事是將您的系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)建模為單線圖，以執(zhí)行諧波分析并將所有參數(shù)設(shè)置為我們設(shè)計(jì)的組件，包括電網(wǎng)、變壓器、電纜、負(fù)載等。 .

在下面的系統(tǒng)中，VFD 用作諧波源，將諧波電流注入系統(tǒng)。

首先，您需要調(diào)整系統(tǒng)中的諧波源信息（VFD、UPS、靜態(tài)負(fù)載等），只需雙擊SLD 中的組件符號并打開諧波頁面，ETAP 提供兩個(gè)選項(xiàng)，IEEE 510 方程或使用庫數(shù)據(jù)，您可以在其中選擇負(fù)載類型、型號和制造商。這是執(zhí)行諧波分析的必要步驟。

接下來，我們將在模式工具欄中選擇諧波分析模式。

進(jìn)入諧波分析模式后，研究工具欄自動出現(xiàn)在屏幕右側(cè)。

默認(rèn)情況下，ETAP 根據(jù)IEEE 519 標(biāo)準(zhǔn)將所有總線設(shè)置為允許 2.5% THD（總諧波失真）和 1.5% IHD（單個(gè)諧波失真） 。

您可以根據(jù)您的要求對其進(jìn)行調(diào)整，只需雙擊 SLD 中的母線即可。您將看到類似于以下內(nèi)容的彈出窗口：

請注意，總諧波是 3rd+5th+…等的總和，這稱為 THD-總諧波失真。其中 IHD- Individual Harmonic Distortion 測量某個(gè)諧波分量與基波分量的比率

與其他 5 次、7 次…等相比，3 次諧波具有更高的幅度。從而減少 3 次諧波將大大降低 THD。

· 運(yùn)行諧波潮流研究

選擇分析工具欄上的運(yùn)行諧波潮流研究選項(xiàng)來執(zhí)行諧波潮流計(jì)算。輸出結(jié)果將顯示在單線圖上，如下所示。

· 警報(bào)視圖

警報(bào)視圖選項(xiàng)列出了所有基于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 510 的嚴(yán)重和邊緣違規(guī)的設(shè)備。從警報(bào)窗口（下圖）顯示，總線 1 和 2 上的總諧波超過了 THD（臨界）的限制，總線上的 THD 為 3.22% bar 2 和母線 1 上的 2.86%。

·諧波分析圖

可以通過單擊諧波分析圖選項(xiàng)生成母線 1 和 2 的電壓波形圖。

· 諧波濾波器選型

諧波濾波器是消除電網(wǎng)諧波失真的常用解決方案。它在性能和成本之間取得了很好的平衡。

為了確定濾波器的大小，我們需要來自潮流分析的某些信息，包括 MVA 和現(xiàn)有的功率因數(shù)值。

腳步：

– 對 PF、電流和 MVA 應(yīng)用潮流分析。

– 雙擊諧波濾波器打開諧波濾波器編輯器，然后進(jìn)入?yún)?shù)頁面。

– 從參數(shù)頁面中，您可以選擇過濾器類型，然后點(diǎn)擊“尺寸過濾器”按鈕。

– 將打開另一個(gè)窗口“諧波濾波器選型”，您可以在其中輸入所需信息、諧波次數(shù)、諧波電流、現(xiàn)有 pf、所需 pf 和 MVA 值。

– 按尺寸過濾器按鈕。

– 按替補(bǔ)

– 增加 R（電阻）的值和 Q 因子的值。

Q 因數(shù)是簡單單諧振頻率濾波器電路的選擇性或調(diào)諧響應(yīng)，由其 Q 或品質(zhì)因數(shù)定義，可通過以下公式計(jì)算：

其中 n = 諧波次數(shù)，R = 電阻，XL = 電感電抗，Xc = 電容器電抗（從濾波器編輯器頁面獲取的濾波器的 Xc 和 XL 值）

其中 n = 諧波次數(shù)，R = 電阻，XL = 電感電抗，Xc = 電容器電抗（從濾波器編輯器頁面獲取的濾波器的 Xc 和 XL 值）

這里是應(yīng)用諧波流分析的結(jié)果。總線 1 的 THD 從 2.86% 降低到 1.98%，總線 2 的 THD 從 3.22% 降低到 2.23%。

1、2母線加諧波濾波器前后電壓波形：

而已！

– 我們在本教程中學(xué)到了：

– 諧波的含義以及它如何影響我們的系統(tǒng)/設(shè)備

– THD 和 IHD 是什么意思

– 如何使用 ETAP 進(jìn)行諧波潮流研究

– 如何為某些組件生成諧波圖

– 如何確定諧波濾波器的大小以減輕諧波

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審核編輯：劉清