使用ETAP进行电力系统谐波分析

本文介绍了如何使用 ETAP 分析电力系统的谐波。

我们将在本教程中学习：

– 谐波的含义以及它如何影响我们的系统/设备

– THD 和 IHD 是什么意思

– 如何使用 ETAP 进行谐波潮流研究

– 如何为某些组件生成谐波图

– 如何确定谐波滤波器的大小以减轻谐波

谐波是电力系统中不可忽视的重要概念之一，它会影响电能质量和设备运行。系统中的高谐波水平可能导致组件过热，从而导致设备寿命缩短，功率因数降低。当然，电力系统的理想电源是纯正弦波。由于谐波的存在，这些纯波可能会从正弦形式扭曲。

谐波扭曲电流和/或电压波，扰乱配电系统并降低电能质量

基本上，谐波是由非线性负载引起的。负载吸收的电流与电压源的波形不同，称为非线性。整流器、不间断电源 (UPS) 和变频驱动器 (VFD) 都是谐波源的例子，会使电压和电流失真。

非线性负载会改变交流电源电流的正弦特性（从而改变交流电压降），从而导致交流电源系统中的谐波电流流动，从而对通信电路和其他类型的设备造成干扰。（阅读 IEEE 标准 510）

预制谐波分析

本文介绍了如何使用 ETAP 分析电力系统的谐波。所以像往常一样，您需要做的第一件事是将您的系统/网络建模为单线图，以执行谐波分析并将所有参数设置为我们设计的组件，包括电网、变压器、电缆、负载等。 .

在下面的系统中，VFD 用作谐波源，将谐波电流注入系统。

首先，您需要调整系统中的谐波源信息（VFD、UPS、静态负载等），只需双击SLD 中的组件符号并打开谐波页面，ETAP 提供两个选项，IEEE 510 方程或使用库数据，您可以在其中选择负载类型、型号和制造商。这是执行谐波分析的必要步骤。

接下来，我们将在模式工具栏中选择谐波分析模式。

进入谐波分析模式后，研究工具栏自动出现在屏幕右侧。

默认情况下，ETAP 根据IEEE 519 标准将所有总线设置为允许 2.5% THD（总谐波失真）和 1.5% IHD（单个谐波失真） 。

您可以根据您的要求对其进行调整，只需双击 SLD 中的母线即可。您将看到类似于以下内容的弹出窗口：

请注意，总谐波是 3rd+5th+…等的总和，这称为 THD-总谐波失真。其中 IHD- Individual Harmonic Distortion 测量某个谐波分量与基波分量的比率

与其他 5 次、7 次…等相比，3 次谐波具有更高的幅度。从而减少 3 次谐波将大大降低 THD。

· 运行谐波潮流研究

选择分析工具栏上的运行谐波潮流研究选项来执行谐波潮流计算。输出结果将显示在单线图上，如下所示。

· 警报视图

警报视图选项列出了所有基于 IEEE 标准 510 的严重和边缘违规的设备。从警报窗口（下图）显示，总线 1 和 2 上的总谐波超过了 THD（临界）的限制，总线上的 THD 为 3.22% bar 2 和母线 1 上的 2.86%。

·谐波分析图

可以通过单击谐波分析图选项生成母线 1 和 2 的电压波形图。

· 谐波滤波器选型

谐波滤波器是消除电网谐波失真的常用解决方案。它在性能和成本之间取得了很好的平衡。

为了确定滤波器的大小，我们需要来自潮流分析的某些信息，包括 MVA 和现有的功率因数值。

脚步：

– 对 PF、电流和 MVA 应用潮流分析。

– 双击谐波滤波器打开谐波滤波器编辑器，然后进入参数页面。

– 从参数页面中，您可以选择过滤器类型，然后点击“尺寸过滤器”按钮。

– 将打开另一个窗口“谐波滤波器选型”，您可以在其中输入所需信息、谐波次数、谐波电流、现有 pf、所需 pf 和 MVA 值。

– 按尺寸过滤器按钮。

– 按替补

– 增加 R（电阻）的值和 Q 因子的值。

Q 因数是简单单谐振频率滤波器电路的选择性或调谐响应，由其 Q 或品质因数定义，可通过以下公式计算：

其中 n = 谐波次数，R = 电阻，XL = 电感电抗，Xc = 电容器电抗（从滤波器编辑器页面获取的滤波器的 Xc 和 XL 值）

其中 n = 谐波次数，R = 电阻，XL = 电感电抗，Xc = 电容器电抗（从滤波器编辑器页面获取的滤波器的 Xc 和 XL 值）

这里是应用谐波流分析的结果。总线 1 的 THD 从 2.86% 降低到 1.98%，总线 2 的 THD 从 3.22% 降低到 2.23%。

1、2母线加谐波滤波器前后电压波形：

而已！

– 我们在本教程中学到了：

– 谐波的含义以及它如何影响我们的系统/设备

– THD 和 IHD 是什么意思

– 如何使用 ETAP 进行谐波潮流研究

– 如何为某些组件生成谐波图

– 如何确定谐波滤波器的大小以减轻谐波

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审核编辑：刘清