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概述
水泵、循环水泵和冷却塔风机等，使用变频器进行调速控制。使用变频器调速具有节约电能、可对负载实现无级平滑调速、启动电流小、起动转矩大、调速精度高、效率高、易实现自动化控制等优点。但变频器在运行过程中产生的谐波注入电网后，易造成电压波形畸变，影响电网的电能质量。谐波带来的影响具体如下： （1）谐波可造成电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使绝缘部件老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
（2）谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。
（3）谐波会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。
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（4）对电力系统外部而言，谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰[1]。
鉴于谐波对电气系统的危害，对余热电站使用的变频器设备进行谐波计算和分析，并根据计算、分析结果，采取相应的限制谐波的技术措施，使余热电站的谐波满足电网要求，具有重要意义。ETAP 软件是一款在国际上广泛使用的电气分
析计算软件。ETAP 软件可以对电力系统进行潮流
摘
要：目前，在余热电站中常使用大量的变频器设备，变频器设备在节约电能的同时会产生
大量谐波，注入电气系统后产生谐波危害并且吸收无功。因此，对余热电站电气系统谐波进行计算和分析，抑制谐波以提高余热电站输出的电能质量，具有重要意义。利用ETAP 软件可对余热电站的电气系统进行谐波分析，根据分析数据合理设置滤波器，使余热电站输出电能的谐波满足电网的限值要求。
关键词：余热电站；变频器；谐波计算；ETAP 软件
中图分类号：TQ172.622.22文献标识码:A 文章编号：1001-6171（2018）06-0084-05DOI ：10.19698/jki.1001-6171.20186084通讯地址：中材节能股份有限公司，天津300400；收稿日期：2018-03-31；编辑：孙娟
ETAP 软件在余热电站谐波计算中的应用
Application of ETAP Software in Harmonic Calculation of Waste Heat Power Station
周庆忠，田雷
仿真计算、短路分析、谐波分析、继电保护配合验算等各种电气计算和仿真，其功能全面，能为发电、输配电和工业电力电气系统的规划、设计、分析、计算、运行、模拟提供较为全面的分析平台和解决方案[2]。谐波计算是ETAP 软件的功能之一，ETAP 软件的谐波分析遵循IEEE 519标准（我国对应标准为GB/T 14549）。2
余热电站的谐波仿真计算
ETAP 的谐波分析有两种方法：谐波潮流和谐
波频率扫描。这两种方法都是电力系统谐波分析中最流行并有效的分析方法。综合使用这两种方法，可计算不同的谐波，且与标准限值相比较后，可发现电气系统中存在的电能质量问题及与谐波相关的安全性问题[3-5]。
以某装机为10MW 的余热电站项目为例进行分析，该余热电站的负荷清单见表1。利用ETAP 软件建立的余热电站电气系统见图1。
设定ETAP 软件中变频器的谐波源模型，将变频器的谐波源模型分为6脉冲、12脉冲、24脉冲等，
变频器的品牌差异可忽略。变频器的脉冲数越高，相应的谐波含量越低，变频器的成本越高。综合考虑后，变频器的谐波源模型选择了12脉冲谐波源模型。变频器的12脉冲谐波源模型的波形和谐波频谱如图2所示。
从图2可看出，12脉冲谐波源模型的谐波为（12k ±1）次谐波（k =1，2，3，……），低次谐波的幅值最大，高次谐波的幅值逐次变小。
经过ETAP 软件仿真分析计算，低压母线（LV Bus ）上的电压波形如图3所示。从图3可以看出母线上的电压波形畸变较大。变压器T 1二次侧的电
图1
余热电站电气系统图
流波形如图4所示，可以看出变压器T 1二次侧电流波形畸变较大，谐波含量较高。变压器T 1二次侧的谐波电流含量如表2所示。上述谐波电流经过折算后，超过了国家标准GB/T 14549中的谐波电流限值[6]，国家标准GB/T 14549中部分电流限值如表3所示。
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987
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150100500-50-100-150
幅值，%
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
b 频谱图
a 波形图
图2
12脉冲谐波源模型的波形图和频谱图
图3低压母线（LV Bus ）
的电压波形
图4变压器T 1
二次侧电流波形
基波倍数
幅值，%
由于变频器的谐波电流超过谐波电流限值，需要对变频器采取谐波抑制措施，以限制电气系统的谐波，避免影响电气系统的电能质量。谐波抑制措施包括如下几种：（1）采用更高脉冲次数的变频器，例如24或48脉冲变频器；（2）采用有源滤波器；（3）采用LC 无源滤波器。如采用更高脉冲次数的变频器，将会增加变频器的功率单元，致使变频器内部结构复杂和变频器成本增加。有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，但有源滤波器的成本较高。而LC 无源滤波器因出现得最早，具有结构简单、设备投资少、运行可靠性较高、运行费用较低等特点，应用得最多[1]。
LC 滤波器是由滤波电容器、电抗器和电阻器
组合而成的滤波装置，与谐波源并联，除发挥滤波器作用外，还兼顾无功补偿的需要。LC 滤波器又
分为单调谐滤波器、高通滤波器及双调谐滤波器等，在实际应用中，常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。
在本仿真计算中，以LC 无源滤波器滤除谐波为例，对系统增加相应的单调谐滤波器，分别滤除11、13、23、25、35、37、47和49次谐波。设置单调谐滤波器的电气系统如图5所示。
ETAP 软件可以根据系统配置和特定谐波自动
计算单调谐滤波器的参数，从而使滤波器的设计十分简便。根据需滤除的谐波次数和谐波电流，配置的单调谐滤波器如表4所示。
设定单调谐滤波器参数后，通过ETAP 软件计
算系统的谐波。低压母线的谐波电压如图6所示。
图5
设置单调谐滤波器的电气系统图
表3
谐波电流允许值（标注电压：0.38kV ，基准短路容量：10MVA ）
谐波次数，次谐波电流允许值，A
2
783624
39…………
1128
1213
1324
…………
2314
24
6.52512
变压器T 1二次侧的电流波形如图7所示。变压器T 1二次侧的谐波电流含量如表5所示。可以看出，在低压母线处增加滤除各次谐波的单调谐滤波器，基本滤除了各次谐波，提高了电气系统的电能质量。3
结语
通过ETAP 软件可以对以变频器驱动为主的
余热电站电气系统进行谐波分析和计算，根据分析和计算结果采用合理设计的LC 单调谐滤波器降低电气系统的谐波含量，可有效提高余热电站的谐波分析计算和控制能力。
有一个t形工件
目前，部分变频器厂家已在变频器上集成了滤波器，滤除了部分谐波，对这类变频器应做独立的谐波分析，以保证电气系统的电能质量。
参考文献：
智能控制方法
[1]王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2006.[2]冯煜，王雷，等.电力系统仿真软件ETAP 的特性与功能简介[J].
供用电，2005，22（5）：23-26.
[3]孙立成，蔡国伟，潘永贺，等.基于ETAP 配电网谐波分析[C].中国高等学校电力系统及其自动化专业学术年会，2007.
[4]张强.ETAP 软件在海洋石油平台电力系统谐波分析中的应用[J].船舶，2012，23（2）：60-64.
[5]刘丽影，侯淑莲，顾学宏.基于ETAP 仿真的直接空冷机组厂用电谐波分析与抑制研究[J].电力科学与工程，2012，28（2）：18-25.[6]GB/T 14549-1993，电能质量公用电网谐波[S].
图6
低压母线上的谐波电压
图7变压器T 1
二次侧电流波形
病房呼叫系统
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