電能質(zhì)量基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

.,電能質(zhì)量基礎(chǔ)知識培訓(xùn),培訓(xùn)人：徐翔,.,電能質(zhì)量概述無功與諧波基礎(chǔ)知識無功補償與諧波治理方法某移動基站諧波治理案例,報告內(nèi)容：,.,一、電能質(zhì)量概述(1/5),電能質(zhì)量的定義：,從普遍意義上講是指供電和用電質(zhì)量，包括電壓、電流的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)量值的偏差、波形畸變的程度、閃變等對用電設(shè)備造成影響的供電和用電問題。,.,一、電能質(zhì)量概述(2/5),電能質(zhì)量問題：,頻率問題,幅度問題,穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓及電壓波動閃變（flicker）幅度暫低（sag，dip）、暫高（swell）、短時中斷（interruption）,.,波形和對稱度,三相不對稱諧波（harmonics）暫態(tài)脈沖（impulsivetransient）暫態(tài)振蕩（oscillatorytransient）,一、電能質(zhì)量概述(3/5),.,一、電能質(zhì)量概述(4/5),產(chǎn)生電能質(zhì)量問題的原因,干擾性負荷電弧爐、整流器、單相負荷及各種電源的變換設(shè)備等,雷電、外力破壞,配電設(shè)備故障、電容器投切、線路切換等,.,國家標準供電電壓允許偏差(GB12325-1990)電壓允許波動和閃變(GB12326-2000)公用電網(wǎng)諧波(GB/T14549-1993)三相電壓允許不平衡度(GB/T15543-1995)電力系統(tǒng)頻率允許偏差(GB/T15945-1995)暫態(tài)過電壓和瞬態(tài)過電壓(GB/T18481-2001),一、電能質(zhì)量概述(5/5),.,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(1/10),無功功率,無功功率只是描述了能量交換的幅度，而并不消耗功率。無功功率分為感性無功與容性無功，感性無功表現(xiàn)為電壓相位超前電流相位，容性無功表現(xiàn)為電壓相位滯后電流相位。,.,增加額外電費根據(jù)功率因數(shù)調(diào)整電費辦法：功率因數(shù)標準為0.9時(大于160kVA的用戶)若功率因數(shù)大于0.9小于0.95，則每增加0.01減收0.15%的電費，大于0.95減收0.75%的電費；若功率因數(shù)小于0.9大于0.64，則每減少0.01增收0.5%的電費，如為0.8則要加收5%的電費獎的少，罰的多,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(2/10),.,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(3/10),任何頻率“f”的周期信號，無論它的波形是什么，都可以作為以下的總和被表現(xiàn)：頻率f的正弦分量，被稱為基波（h1）有頻率的正弦分量（即基波的全倍數(shù)）被稱為諧波（hn）.dc(直流)分量（如果可用）。例：,諧波由非線性負載產(chǎn)生,諧波,.,線性負載：如果一個負載引導(dǎo)的電流與電源電壓有相同的波形，則它被稱為是“線性的”。這樣的電流沒有諧波分量。這樣的負載的例子：電熱器中的電阻器，穩(wěn)態(tài)條件下的電感負載（電動機，變壓器等）非線性負載：如果一個負載引導(dǎo)的電流與電源電壓沒有相同的波形，則它被稱為是“非線性的”。這樣的電流有高諧波分量。諧波頻譜取決于負載的類型。例如開關(guān)電源，整流電源，變壓器,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(4/10),.,次數(shù)：諧波次數(shù)定義為諧波頻率等于基波頻率的倍數(shù)。例：對于50Hz的基波，第3次諧波的頻率是3x50=150Hz。頻譜：信號的頻譜是作為不同的諧波各自頻率的功能顯示它們的振幅的圖。,作為基波的的諧波頻譜,0,50,100,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(5/10),.,諧波源設(shè)備：變速傳動裝置（包括交流、直流）晶閘管控制設(shè)備固定式換流器（UPS不間斷電源）電弧爐電焊機大建筑物中的照明飽和電抗器（變壓器）,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(6/10),.,變速傳動裝置（交流）3相負載主要產(chǎn)生5，7，11，13次諧波電流電流是不穩(wěn)定的,-2.5,-2,-1.5,-1,-0.5,0,0.5,1,1.5,2,2.5,諧波電流是,S=23kVATHDI=124%,諧波頻譜,81%H5,74%H7,42%H11,.,H11,H13,H17,H19,H21,H23,0,50,100,H1,H5,H7,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(7/10),.,整流器等：3相負載主要產(chǎn)生5，7，11，13次諧波電流,諧波電流是,S=122kVATHDI=30%,諧波頻譜,28%H5,5%H7,6%H11,.,0,20,40,60,80,100,H1,H5,H7,H11,H13,H17,H19,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(8/10),.,電焊機：單相負載有較高3次諧波含量的電流,諧波電流是,Is=341ATHDI=58%,諧波頻譜,56%H3,9%H5,9%H7,.,H11,H13,H15,0,20,40,60,80,100,H1,H3,H5,H7,H9,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(9/10),.,照明（熒光燈）：單相負載有較高3次諧波含量的電流,諧波電流是,S=22kVA,諧波頻譜,51%H3,11%H5,8%H9,.,H11,0,20,40,60,80,100,H1,H3,H5,H7,H9,二、無功與諧波的基礎(chǔ)知識(10/10),.,三、無功治理與諧波治理方法(1/24),同步調(diào)相機,并聯(lián)電容器,靜止無功補償裝置(SVC)晶閘管控制電抗器(TCR)晶閘管投切電容器(TSC)飽和電抗器,靜止無功發(fā)生器(SVG),無功治理方法介紹,.,并聯(lián)電容器,提供超前的無功補償量固定,三、無功治理與諧波治理方法(2/24),.,通常與固定電容器配合電容器提供超前的無功TCR提供滯后的無功，大小連續(xù)可調(diào)總體上既可提供超前的無功，也可提供滯后的無功可連續(xù)動態(tài)調(diào)節(jié),晶閘管控制電抗器(TCR),三、無功治理與諧波治理方法(3/24),.,提供超前的無功動態(tài)投切分級調(diào)節(jié),晶閘管投切電容器(TSC),三、無功治理與諧波治理方法(4/24),.,靜止無功發(fā)生器(SVG),靜止無功發(fā)生器（SVG：StaticVarGenerator）的基本原理是指將自換相橋式電路通過電抗器直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?三、無功治理與諧波治理方法(5/24),.,SVG的三種運行模式:,三、無功治理與諧波治理方法(6/24),.,響應(yīng)速度更快SVG響應(yīng)時間：5ms。SVG可在極短的時間之內(nèi)完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉(zhuǎn)換，這種無可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。,SVG特點：,安全性更高SVG運行時被控制為電流源，不存在與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的可能性,安全性更高。,補償功能多樣化，使用同一套SVG裝置，可以實現(xiàn)不同的多種補償功能：補償負載無功補償負載諧波補償負載不平衡同時補償負載無功、諧波和不平衡,三、無功治理與諧波治理方法(7/24),.,諧波含量極低SVG采用了PWM技術(shù)和多重化技術(shù)，與TCR型SVC相比，諧波含量極低，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生二次污染。,占地面積較小SVG采用直接PWM電流控制技術(shù)，其輸出電流波形和相位完全可控，SVG能夠在額定感性到額定容性的范圍內(nèi)運行。由于無需大容量的電容器和電抗器做儲能元件，SVG的占地面積最大只有相同容量SVC的50%。,三、無功治理與諧波治理方法(8/24),.,幾種無功補償方案比較：,三、無功治理與諧波治理方法(9/24),.,諧波治理方法,LC無源濾波器單調(diào)諧濾波器高通濾波器雙調(diào)諧濾波器,有源電力濾波器并聯(lián)型串聯(lián)型與無源濾波器混合統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器并聯(lián)型串聯(lián)型,三、無功治理與諧波治理方法(10/24),.,單調(diào)諧濾波器對某一頻率的諧波呈現(xiàn)低阻抗，與電網(wǎng)阻抗形成分流的關(guān)系，使大部分該頻率的諧波流入濾波器。,LC無源濾波器單調(diào)諧濾波器高通濾波器雙調(diào)諧濾波器,三、無功治理與諧波治理方法(11/24),.,有源電力濾波器并聯(lián)型,三、無功治理與諧波治理方法(12/24),.,并聯(lián)型有源濾波器原理簡圖：,三、無功治理與諧波治理方法(13/24),.,有源電力濾波器串聯(lián)型,通常用于補償電壓型的諧波源可等效為一個諧波電壓源解決電壓波形問題,三、無功治理與諧波治理方法(14/24),.,安裝并聯(lián)型有源濾波器的非線性負載系統(tǒng)：,三、無功治理與諧波治理方法(15/24),.,混合型有源濾波器和無源濾波器混合,三、無功治理與諧波治理方法(16/24),.,統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器,并聯(lián)型有源濾波器和串聯(lián)型有源濾波器的組合同時解決電壓、電流的波形問題,三、無功治理與諧波治理方法(17/24),.,無源電力濾波器優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單容易實現(xiàn)便于維護成本較低等無源電力濾波器缺點單調(diào)諧濾波器的諧振頻率會因電容、電感參數(shù)的偏差或變化而改變電網(wǎng)頻率會有一定波動，這將導(dǎo)致濾波器失諧電網(wǎng)阻抗變化對單調(diào)諧濾波器的濾波效果有較大影響更為嚴重的是，電網(wǎng)阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能,三、無功治理與諧波治理方法(18/24),.,有源電力濾波器的特點實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功進行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng)；可同時對諧波和無功進行補償，且補償無功的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；補償無功時不需貯能元件；補償諧波時所需貯能元件容量也不大；即使補償對象電流過大，電力有源濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補償作用；受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響；既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償。,三、無功治理與諧波治理方法(19/24),.,參數(shù)1：容量,與其它三相交流電力設(shè)備的容量定義相同，有源電力濾波器裝置的容量SAPF為：,式中，UAPF和IAPF分別為有源電力濾波器交流側(cè)線電壓和線電流的有效值。,市售APF大多采用電流標稱，如75A對應(yīng)的容量為50kVA、150A對應(yīng)100kVA。,有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)：,三、無功治理與諧波治理方法(20/24),.,參數(shù)2：補償次數(shù),補償次數(shù)只可補償?shù)闹C波次數(shù)，國外廠家一般定義2-60次同時可選20種。需注意以下問題：1、弄清負載的諧波電流哪些頻次是必須補償?shù)模糌撦d的高次諧波電流很小就沒有補償?shù)谋匾?，一般而?5次以上的諧波電流很小。2、不是任何頻次電流都可以達到額定值，如：75A的APF出75A的50次諧波電流，任何廠家都做不到。3、APF輸出電流的頻次分配比例是按典型負載設(shè)計的。越是高次電流(13次)以上，輸出能力越差。,三、無功治理與諧波治理方法(21/24),.,參數(shù)3：補償率,在負載諧波電流處于APF補償電流范圍內(nèi)時，單臺APF諧波補償率的定義如下：,式中，THDiLoad為補償后負載電流的THD，THDiGrid為補償后電網(wǎng)電流的THD。,1、補償率是針對典型負載的，不是任何負載時都能達到。起草中的APF國標規(guī)定補償率應(yīng)85%。2、負載電流的THD及有效值對補償率有較大影響。3、任何廠家的補償率都是針對典型負載的，且定義有差別，起草中的APF國標對補償率的定義及測試方法有明確規(guī)定。,三、無功治理與諧波治理方法(22/24),.,參數(shù)4：響應(yīng)時間,響應(yīng)時間是指諧波負載投入后，經(jīng)過多長時間電網(wǎng)的諧波電流被完全濾除(只有基波)。,圖(a)給出了電網(wǎng)電流和負載電流的波形；圖(b)給出了電網(wǎng)電流和APF輸出電流的波形?？煽闯?，負載電流從0到額定電流130A時，經(jīng)過10ms后APF完全補償了諧波電流，這證明了APF的響應(yīng)時間為10ms。,三、無功治理與諧波治理方法(23/24),.,1、響應(yīng)時間指的是諧波電流被完全消除所需的時間。瞬時響應(yīng)時間指的是開始出諧波的時間，有的廠家給出us級的瞬時響應(yīng)時間和響應(yīng)時間沒有關(guān)聯(lián)