CN109980632A - 整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，步骤为：根据变压器谐波电压传递系数计算低压侧母线背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L，然后根据HRU_h,bac,L和国标规定的谐波电压含有率限值HRU_h,lim,L按谐波合成方式计算出低压侧母线处计及背景谐波电压影响的谐波电压含有率限值HRU_h,lim，接着根据HRU_h,lim计算出PCC点处谐波电流发射允许值I_h,lim和负序谐波电流发射允许值I_‑,h,lim，最后根据负荷的协议容量S_i、变压器容量S_t和相位叠加系数α计算出该负荷在PCC点的谐波电流发射允许值I_m,h,lim和负序谐波电流发射允许值I_‑,m,h,lim。本发明能为整车厂车间负荷参数的设计以及治理设备的选型提供一定的理论参考。

Description

整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法

技术领域

本发明属于电能质量技术领域，具体是涉及整车厂多主变并列运行低压配电网电能质量干扰允许值计算方法。

背景技术

电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、供、用各方面的权益。随着科技的进步与发展，冲击性、非线性的负载越来越多，尤其是电力电子器件的应用，使得谐波、电压波动、闪变、三相不平衡等电能质量问题尤为严重。整车厂汽车制造过程主要涉及冲压、焊接、涂装、总装等生产工艺，整个汽车制造流程紧密衔接，具有高度集成的特点，对电能质量的要求相对较高。而任何一个制造工艺的供电故障、电气事故都会影响到上一个工艺或下一个工艺的正常运作。

汽车车身冲压成形是汽车制造技术的重要组成部分，其中大量使用数控冲床、等离子切割机床、多工位冲压机床等大型设备。这些设备使用直流电动机，是典型的谐波源及冲击性负荷，产生的谐波不仅造成母线电压波动，使设备无法运行，还会使系统功率因数降低，电压、电流波形严重畸变，增加系统的无功功率损耗，影响整个供电系统。谐波会使电压和电流畸变、计量仪出错、保护装置误动，引起自动跳闸将导致生产中断。谐波导致过压、过流、欠压等电能质量问题，会使冲压设备因过压、过流而出现过负荷的冲压，或因欠压而导致压力不够、冲压不到位，出现产品报废等现象。谐波使系统损耗增加，增加系统的发热量和噪声污染。长时间工作在不良电能环境中，会降低设备寿命，损坏电容补偿装置。冲击性负荷会使供电系统不稳定，造成严重的电压闪变、瞬时电压降低等现象，使某些设备停止运行。

汽车焊接主要用于车身的制造，有点焊、凸焊、二氧化碳保护焊和氩弧焊等多种方式。点焊机是典型的单相冲击性负载，也是典型的谐波源。谐波电流使得系统的电压电流发生畸变，出现过压、欠压、过流，甚至引起保护装置误动，影响正常生产。还会造成焊件质量不到位、虚焊、漏焊、误焊等隐患，导致产品不合格。点焊产生的谐波使得系统三相电压严重不平衡、中性线电流过大、动力电缆肌肤效应严重、平均功率因数低，电气故障频发、电压、电流不稳定。

涂装工艺主要是通过机械手对焊接成形的车身及零部件进行喷涂和烘烤，其主要负载是电力电子器件和大容量的加热设备，这些设备应用整流及变频原理制造，在此过程中会产生谐波，而加热设备则使用电阻较大的器件。涂装车间的电能质量表现为感性无功较大、整体功率因数低、谐波电流大而复杂，系统母线端电压降低严重，设备发热量大以及利用率低。

总装工艺过程主要是利用机器代替人工进行自动组装，其程序控制是利用二极管、三极管、放大电路、整流桥、开关电源等电子元件，这些器件单个产生的谐波虽小，但大量集成使用会对供电系统造成严重影响，产生大量谐波。

因此，在对整车厂进行设计时必须对整车厂低压配电网电能质量干扰允许值进行计算，从而限制接入整车厂配电网的负荷类型，明确负荷电能质量的发射限值，为整车厂设计过程参数计算提供理论参考，具有重要的意义。

发明内容

本发明针对整车厂汽车制造过程产生的谐波、三相不平衡等电能质量问题，提出一种在多主变并列运行背景下，整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，可以为整车厂设计过程的参数计算提供理论参考。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，包括步骤：

确定上级电网到下级电网的谐波电压传递系数；

根据所述谐波电压传递系数计算变压器低压侧母线PCC点处的背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L；

根据所述背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L和变压器低压侧母线PCC点处的谐波电压含有率限值HRU_h,lim,L计算出车间负荷产生的谐波电压含有率限值HRU_h,lim；

根据车间负荷产生的谐波电压含有率限值HRU_h,lim，计算出变压器低压侧母线PCC点各次谐波电流发射允许值I_h,lim，

根据所述I_h,lim计算出PCC点处每个车间负荷的各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim，

根据各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim，得到各次负序谐波电流允许值I_-,m,h,lim。

所述谐波电压传递系数根据变压器、线路参数和负载阻抗计算，或是在负载阻抗无法预知时根据工程实际经验在0.8～1.0间确定。

所述背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L计算方法如下：

其中：T_hi—各变压器谐波电压传递系数，i＝1,2，h为谐波次数；

HRU_h,bac,H—变压器高压侧背景谐波电压含有率；

所述谐波电压含有率限值HRU_h,lim的计算方法为：

所述的PCC点各次谐波电流发射允许值I_h,lim的计算方法为：

其中，I_h,lim—第h次谐波电流，U_N,L—车间低压配电网标称电压，S_k—PCC点三相短路容量，

Z_h—车间配电网系统等值阻抗，

所述各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim计算方法如下：

I_m,h,lim＝I_h,lim·(S_m/S_t)^1/α

S_t＝S_T1+S_T2

其中，S_m—第m个负荷的用电协议容量；S_t—PCC点的供电设备容量，即各供电变压器容量之和；α—相位叠加系数；

根据各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim，即可得到各次负序谐波电流允许值I_-,m,h,lim。

本发明实现了对整车厂进行设计时必须对整车厂低压配电网电能质量干扰允许值进行计算，从而为限制接入整车厂配电网的负荷类型，明确负荷电能质量的发射限值，为整车厂设计过程参数计算提供理论参考。

附图说明

图1是整车厂车间配电网接线示意图；

图2是不同电压等级间谐波传递特性电路拓扑图；

图3是本发明电能质量干扰允许值计算流程图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便相关人员能更好的理解本发明。

下面，本发明以两台供电变压器并列运行的整车厂低压配电网为例进行说明。本发明的整车厂多主变并列运行低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，包括如下步骤：

(1)获取整车厂低压配电网上级系统、本级系统以及本级负荷相关参数，包括：

①上级电网参数：系统阻抗Z_s1，Z_s2；背景谐波电压含有率HRU_h,bac,H(％)，h为谐波次数。

②变压器参数：变压器1容量S_T1，短路阻抗u_k1(％)；变压器2容量S_T2，短路阻抗u_k2(％)。

③线路参数：低压侧线路阻抗Z_L1，Z_L2。

(2)计算上级电网到下级电网(即变压器高压侧到低压侧)的谐波电压传递系数T_h，在负载阻抗无法预知的情况下根据工程实际经验T_h取值范围一般为0.8～1.0。

(3)根据步骤(2)中得到的谐波电压传递系数T_h计算变压器低压侧母线PCC点(公共连接点point of common coupling)处的背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L(％)，可按照如下方法进行计算：

上式中，T_hi为各变压器谐波电压传递系数，i＝1,2，h为谐波次数；HRU_h,bac,H(％)为上级系统(即变压器高压侧)背景谐波电压含有率；HRU_h,bac,L(％)为本级系统(即变压器低压侧)背景谐波电压含有率；

(4)根据步骤(3)得到的变压器低压侧母线PCC点处的背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L(％)和国标GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定的低压母线谐波电压含有率限值HRU_h,lim,L(％)计算本级谐波源(即车间负荷)产生的谐波电压含有率限值HRU_h,lim(％)，可按照如下方法进行计算：

(5)根据步骤(4)得到的HRU_h,lim(％)即为整车厂车间内负荷各次谐波电压含有率限值，据此可计算出PCC点各次谐波电流发射允许值I_h,lim，按照如下方法进行计算：

其中，I_h,lim为所有负荷第h次谐波电流限值，A；U_N,L为车间低压配电网标称电压，kV；S_k为PCC点三相短路容量，MVA；Z_h为车间配电网系统等值阻抗，Ω。

(6)根据步骤(5)得到的整车厂车间内负荷各次谐波电流发射允许值I_h,lim，计算PCC点处每个车间负荷的第h次谐波电流允许值I_m,h,lim(m＝1,2,3,…,N，N为负荷数)，按照如下方法进行计算：

I_m,h,lim＝I_h,lim·(S_m/S_t)^1/α

其中，S_m为第m个负荷的用电协议容量，MVA；S_t为PCC点的供电设备容量即供电变压器容量之和，S_t＝S_T1+S_T2；α为相位叠加系数，按照表1取值；

h	3	5	7	11	13	9|＞13|偶次
							α	1.1	1.2	1.4	1.8	1.9	2

表1

(7)根据步骤(6)得到的各次谐波电流允许值I_m,h,lim，取h＝3k-1,k＝1,2,3…即可得到各次负序谐波电流允许值I_-,m,h,lim。

实施例，某整车厂低压配电网为0.4kV电压等级系统，由10kV系统经由两台变压器给供电，两台主变并列运行，背景谐波电压来自于35kV系统。

(1)通过对整车厂配电网网架参数以及两台主变参数的调研计算得到如下结果：两台变压器2～14次背景谐波电压传递系数T_hi(h＝2,3,…,14；i＝1,2)为0.8，10kV母线处2～14次背景谐波电压含有率如表2所示。

谐波次数(h)	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
														HRU<sub>h,bac,H</sub>(％)	1.67	0.5	0.48	1.62	0.24	0.53	0.18	0.41	0.13	0.47	0.08	0.24	0.11
HRU<sub>h,bac,L</sub>(％)	1.336	0.4	0.384	1.296	0.192	0.424	0.144	0.328	0.104	0.376	0.064	0.192	0.088

表2

(2)根据表2母线PCC点处的2～14次背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L(％)和国标规定的0.4kV系统母线谐波电压含有率限值HRU_h,lim,L(％)计算本级负荷产生的2～14次谐波电压含有率限值，结果见表3。

谐波次数(h)	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
														HRU<sub>h,lim,L</sub>(％)	2.0	4.0	2.0	4.0	2.0	4.0	2.0	4.0	2.0	4.0	2.0	4.0	2.0
HRU<sub>h,bac,L</sub>(％)	1.336	0.4	0.384	1.296	0.192	0.424	0.144	0.328	0.104	0.376	0.064	0.192	0.088
														HRU<sub>h,lim</sub>(％)	0.96	3.78	1.78	3.19	1.89	3.77	1.92	3.82	1.94	3.79	1.96	3.90	1.95

表3

注：HRU_h,lim,L(％)为国标文件GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》给出的0.4kV系统母线谐波电压含有率限值，HRU_h,lim(％)为计算得到的本级谐波源负荷产生的谐波电压含有率限值。

(3)根据本级谐波源负荷产生的谐波电压含有率限值HRU_h,lim(％)计算出接入PCC点处所有负荷的各次谐波电流发射允许值I_h,lim，计算结果见表4。

表4

注：PCC点三相短路容量S_k＝10MVA。

(4)车间配电网10kV母线PCC点处接入一容量为100kVA的负荷，根据PCC点处负荷的2～14次谐波电流发射允许值I_h,lim以及表1的相位叠加系数，计算出该负荷的2～13次谐波电流发射允许值，结果如表5。

表5

注：供电变压器容量S_t＝S_T1+S_T2＝2000kVA。

(5)由上述计算结果即可得到该车间负荷的各次谐波电流允许值和各次负序谐波电流允许值。

Claims (3)

1.整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，其特征在于，包括步骤：

确定上级电网到下级电网的谐波电压传递系数；

根据所述谐波电压传递系数计算变压器低压侧母线PCC点处的背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L；

根据所述背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L和变压器低压侧母线PCC点处的谐波电压含有率限值HRU_h,lim,L计算出车间负荷产生的谐波电压含有率限值HRU_h,lim；

根据车间负荷产生的谐波电压含有率限值HRU_h,lim，计算出变压器低压侧母线PCC点各次谐波电流发射允许值I_h,lim，

根据所述I_h,lim计算出PCC点处每个车间负荷的各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim，

根据各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim，得到各次负序谐波电流允许值I_-,m,h,lim。

2.根据权利要求1所述整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，其特征在于，所述谐波电压传递系数根据变压器、线路参数和负载阻抗计算，或是在负载阻抗无法预知时根据工程实际经验在0.8～1.0间确定。

3.根据权利要求1所述整车厂低压配电网电能质量干扰允许值计算方法，其特征在于，所述背景谐波电压含有率HRU_h,bac,L计算方法如下：

其中：T_hi—各变压器谐波电压传递系数，i＝1,2，h为谐波次数；

HRU_h,bac,H—变压器高压侧背景谐波电压含有率；

所述谐波电压含有率限值HRU_h,lim的计算方法为：

所述的PCC点各次谐波电流发射允许值I_h,lim的计算方法为：

其中，I_h,lim—第h次谐波电流，U_N,L—车间低压配电网标称电压，S_k—PCC点三相短路容量，

Z_h—车间配电网系统等值阻抗，

所述各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim计算方法如下：

I_m,h,lim＝I_h,lim·(S_m/S_t)^1/α

S_t＝S_T1+S_T2

其中，S_m—第m个负荷的用电协议容量；S_t—PCC点的供电设备容量，即各供电变压器容量之和；α—相位叠加系数；

根据各次谐波电流发射允许值I_m,h,lim，即可得到各次负序谐波电流允许值I_-,m,h,lim。