idc通信數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量解決方案

1、IDC通信數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量解決方案上海坤友電氣1主要內(nèi)容m 電能質(zhì)量問題概述m 電信行業(yè)諧波問題m 基于KYXBQ諧波保護(hù)裝置的電能質(zhì)量優(yōu)化電信行業(yè)的諧波治理方案mm 典型案例測試分析2電能質(zhì)量問題概述3電能質(zhì)量（Power Quality)概述n 電能質(zhì)量問題定義 ：一種偏差n 電壓或電流的幅值、頻率、n 供電質(zhì)量/用電質(zhì)量n 電壓質(zhì)量/電流質(zhì)量n 常見的電能質(zhì)量問題n 電壓相關(guān)：n 跌落、驟升、短時中斷n 電壓不平衡與諧波n 電壓波動與n 電流相關(guān)：n 無功n 諧波n 三相不平衡參量距規(guī)定值的偏差4諧波定義n “諧波（分量）為對周期流分量進(jìn)行分頻率大于1整數(shù)倍的分量?！苯猓玫筋l率為n 國

2、標(biāo)電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T 14549-93的定義n 諧波次數(shù)；諧波頻率與（n=fn/f1）。頻率的比值n 通俗的將分解后的諧波稱為n次諧波n n即是諧波次數(shù)。指從2次到50次范圍，如5次諧波電壓（電流）的頻率n是250赫茲；超過13次的諧波稱諧波。5諧波分析與計算-分解級數(shù)是研究和分析諧波畸變的有效，任何周n期波形都可被展開為級數(shù)：f(t)=A0+Akcos(k0t)+Bksin(k0t) （式1）K=1=A0+Cksin(k0t+k)（式2）K=1Tf(t)dt=211 f(t)dx（x=0t）A0=式3T2002T021 f(t)cos(k t)dt=f(t)cos(kx)dxAk

3、=式40T02T021f(t)sin(kx)dxTf(t)sin(k0t)dt=B =式5k0Ak22 =arctan()C =AkBk式6式7+kkBk6諧波分析與計算方波函數(shù)，周期為4，n為整數(shù)：< 4n + 2n 例ì fí f< 4n + 4î7諧波分析與計算級數(shù)展開：n(2n -1)p2p3p25p2f (t) = 811 1p sin 2 t + 3 sint +sin 5t + ××× +sin 2n -1t + ×××1、3次19次共5次圖形圖形8諧波的分解n 通常只關(guān)心各次諧

4、波的幅值頻譜50Hz (1次）150Hz (3次）250Hz (5次）350Hz (7次）分解450Hz (9次）550Hz (11次）650Hz (13次）Ø 波形正負(fù)半波對稱只產(chǎn)生奇次諧波例外情況：半波整流、電弧爐諧波(例如50次以上）通常較少考慮Ø 在電力系統(tǒng)當(dāng)中，例外情況：諧振9諧波的參數(shù)定義¥¥åh=2åh=1I=n 有效值諧波含量2hI =I 2+I 2IH0hn 第h次諧波含有率n 諧波電流總畸變率THDIh = IhTHDI = IHI1 ´100%I1 ´100%CF=峰值/有效值n 峰值因數(shù)n

5、峰值因數(shù)對UPS容量有一定影響，舉例分析如下：n 對于200kVA UPS，其額定電流In=303A，若其峰值因數(shù)CF=3:1，則：UPS可承受峰值電流為303A x 3 = 909An 如果負(fù)載峰值因數(shù)為3.5:1，那么UPS對于該負(fù)載所提供的最大電流有效值為：909A / 3.5 = 259.7A10于是的UP功S 率折算259.7 = 85.7%303諧波電路功率因數(shù)定義¥+ åh=1¥+ åh=1PF = P ，S = UI =Sn 功率因數(shù)定義：n 對線性電路(U 2U 2 )(I 2I 2 )0h0hn 功率因數(shù)降低是由于電壓與電生相移造成的

6、，功PF = P = cosj率因數(shù)表n 對非線性電路：S生的功率都是無功，則電路的功率因數(shù)表n 所有諧波電：P = VI1 cosj1I1 cosj1= r cosjPF =1SVIII1 I1r =1+ THDI 2式中，r定義為數(shù)，在UPS輸入整流電路中，電流相移很小，cosj1» 1，低功率因數(shù)主要是由r 造成 的，因此討論其功率因數(shù)是容性還是感性是沒有意義的。11諧波電流的產(chǎn)生n 大部分情況下，用電產(chǎn)生的主要的非線性是諧波電流n 整流器和整流n UPS電源n 空調(diào)n 辦公n 計算機(jī)、n 復(fù)印機(jī)、打印機(jī)n 傳真機(jī)、影視等n 電梯、n 電機(jī)n 式照明、變頻12諧波電流和諧波電壓

7、n 諧波電流：主要為終端用戶負(fù)荷引起n 負(fù)荷母線的畸變電壓：諧波電流流過線路阻抗引起Ø 諧波治理責(zé)任 (IEEE Standard 519-1992)ü 用戶責(zé)任：注入電網(wǎng)的諧波電流ü 電力公司責(zé)任：在用戶注入電網(wǎng)的諧波電流合格的前提下，控制線路的阻抗水平13諧波的危害14變壓器：損耗、噪聲電纜：損耗、絕緣帶來諧波電壓：整流故障、誤觸發(fā)、器故障與補(bǔ)償電容發(fā)生諧振重要用電受到影響諧波的危害對發(fā)電的危害 ：諧波干擾增大發(fā)電機(jī)的損耗，產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，降低了機(jī)械能n向電能轉(zhuǎn)換的效率；諧波在線圈繞組和轉(zhuǎn)子阻尼線圈中產(chǎn)生額外的損耗，產(chǎn)生振動和發(fā)出異常的噪音。發(fā)電機(jī)中THDI必須

8、小于等于20%，否則發(fā)電機(jī)的功率也必須 進(jìn)行折算；對輸電的危害 ：損耗增加 （集膚效應(yīng)）、諧振（線路電感、對地電容）、n中線電流增大 、影響線路的運行（繼電保護(hù)的誤動或拒動）；對供電的危害 ：損害電容 、變壓器降容（銅損、渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁n通引起的雜散損耗 ）、降低可靠性、影響電力測量的準(zhǔn)確性 ；對用電的危害 ：視在功率增大、干擾敏感性的；n對的危害：細(xì)胞在受到刺激興奮時，細(xì)胞膜靜息電位會發(fā)生快速電波動或n可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場，引起不適，甚至誘發(fā)疾害健康；能源的浪費：諧波的可增大視在功率、降低功率因數(shù)，大量浪費電能；n1

9、5其他電能質(zhì)量問題n 無功對應(yīng)參數(shù)：功率因數(shù)n 感性或容性負(fù)荷n 三相不對稱對應(yīng)參數(shù)：三相不平衡度n 對稱分量法n 三相不平衡負(fù)荷不平衡度(GB/T15543-n 電能質(zhì)量 三相電壓1995) 規(guī)定： PCC點正常運行方式下時4%n 中線電流值2%，短零序nn 3次及3次的整數(shù)倍諧波16能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)n 1988年頒布電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定 確定原則: “誰干擾，誰污染，誰治理”n 迄今為止，已經(jīng)制定并頒布系列電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)17標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱GB 12325-1990供電電壓偏差GB 12326-2000電壓波動和GB/T 14549-1993公用電網(wǎng)諧波GB/T 15543-1995三相電

10、壓不平衡度GB/T 15945-1995電力系統(tǒng)頻率偏差GB/T 18481-2001暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓電信行業(yè)諧波問題18數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢及其對供配電系統(tǒng)的要求n 對數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高n 隨著對的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，各界系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，和數(shù)據(jù)量呈幾何級增長，由此對數(shù)據(jù)中心的需求日益增加。n 數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)大、功率密度增容量提高供電總n 單機(jī)柜負(fù)荷 2kVA/臺3kVA/臺4kVA/臺面積平均負(fù)荷 1kVA/m²1.5kVA/m² 2kVA/m²nn 數(shù)據(jù)中心可靠性要求提靠性要求相應(yīng)提高。供配電系統(tǒng)的可n 供配電系統(tǒng)可靠性要求99.0099.

11、9099.9919典型的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)20數(shù)據(jù)中心負(fù)荷種類低壓配電變壓器發(fā)辦公UPS空調(diào)機(jī)房空調(diào)開關(guān)電源21電機(jī)數(shù)據(jù)中心輸入能源消耗分布n 系統(tǒng)條件：N+1 CRAC 雙路供電 30%額定負(fù)載制冷 33%加濕3%空調(diào)9%電能輸入廢熱量輸出IT30%PDU5%UPS18%照明1%轉(zhuǎn)換開關(guān)，線纜及其它1%22不同類型的諧波特點n 隨著技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負(fù)載呈逐漸增加的趨勢，非線性負(fù)載在工作時向市電反饋諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，進(jìn)而導(dǎo)致與電網(wǎng)相聯(lián)的其它負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，電壓畸變的程度取決于諧波電流的頻率和幅值。開關(guān)電源變頻調(diào)速器充電器熒光燈23不同類型的諧波特點變流n 整流器

12、、逆變器、變頻器等各種電力變流采用移相n 從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波n 顯然在留下部分中的諧波n 電網(wǎng)還必須向這類負(fù)荷產(chǎn)生的諧波提供額外的電能。開關(guān)電源負(fù)載整流充電器UPS整流器變頻調(diào)速器24整流器類型對諧波的影響25電信行業(yè)諧波來源UPS26UPS整流環(huán)節(jié)是諧波的重要來源6脈波整流UPS電網(wǎng)電流的FFT展開電網(wǎng)電流中含有6k±1次諧波（5，7，11，13，17)2712脈沖整流UPS電網(wǎng)電流的FFT展開：兩個整流橋的5，7，17，19次等諧波相互抵消電網(wǎng)電流中只含有12k±1次諧波（11，13，25)286脈沖和12脈沖整流的諧波

13、電流理論計算值和實測值29西安電信分公司重要機(jī)房UPS系統(tǒng)諧波調(diào)查數(shù)據(jù)30常見諧波含量（引自電信動力室報告）100kVAUPS160kVA力UPS31相位ABC有效值182A175A176ATHD(%)48.8%49.3%48%5次41.5%41.9%40.2%7次24.9%25%25.3%11次2%2.4%1.3%13次5.2%5.1%5.3%相位ABC有效值99A98A96ATHD(%)60.2%60.3%60.9%5次53.5%53.8%54.5%7次25.4%25%25.5%11次7%7.2%7%13次5.3%5.4%5.3%電信行業(yè)諧波來源開關(guān)電源開關(guān)32開關(guān)電源的電流和電壓波形典型

14、無PFC的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖（低檔PC和服務(wù)器用）33開關(guān)電源電壓、電流波形帶PFC（小型機(jī)、磁盤陣列、帶PFC的服務(wù)器、通信電源等）不帶PFC（PC、網(wǎng)關(guān)、LED等）34常見的諧波含量開關(guān)電源1200A系統(tǒng)洲際DMA10-48/100S 1000系統(tǒng)HD48100-235相位ABC相位ABC有效值39.2A43.8A42.3A有效值52.8A56.9A57.4ATHD(%)78%71.8%76.3%THD(%)51.6%47.6%51.2%3次8.8%6.50%17.3%5次46%42.5%45.2%5次64.5%59.4%62.5%7次20.6%19%20.7%7次41.2%38.5%40.

15、7%11次4.0%3.2%4.0%11次9.2%5.0%6.4%13次4.6%5.3%5.6%13次5.5%6.4%5.8%通信機(jī)房開關(guān)電源諧波測試分析n 聯(lián)通寧波分公司測試報告：n 35個模塊工作，負(fù)荷率48%左右n 輸入電流總諧波畸變率38%左右n 5、7次諧波含量最高36電信行業(yè)諧波來源電梯、空調(diào)n 通用變頻器所帶來的諧波（變頻空調(diào)、變頻電梯）37變頻電機(jī)吸收的電流波形變頻電機(jī)的電流波形含大量5、7次等諧波！38諧波對系統(tǒng)和電網(wǎng)的污染n 諧波電流降低功率因數(shù)，使電能利用率和系統(tǒng)工作效率降低n 電壓是正弦波的情況下，所有諧波電流形成的功率都是無功n 諧波是中線電流大的主要n 所有的3次及3

16、的整數(shù)倍次諧波電流在中線上都是同相位迭加的n 電流峰值因數(shù)對供電和傳輸導(dǎo)線容量的影響n 增大傳輸損耗，限制了導(dǎo)線容量n 諧波電流對供電系統(tǒng)的污染n 使n和元件產(chǎn)生附加諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電效率；電纜絕緣老化，縮短使用；n 干擾由同一電網(wǎng)供電的其它電氣的正常工作；n 引起局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大；n 導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，使電氣測量儀表計量n 對電信和計算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾確；39諧波的危害的幾個案例（引自“電能質(zhì)量及諧波標(biāo)準(zhǔn)”報告）上海某一臺變壓器設(shè)計為全部帶空調(diào)負(fù)荷，n但投運后由于大量諧波的有辦法正常運行。，使得變壓器根本就沒某商廈工程大量采用日光燈，全部采用鎮(zhèn)

17、流器，n正常情況下，零線中產(chǎn)生很大電流，造成電纜發(fā)熱，變壓器過高（典型的諧波問題）。某證券公司由于諧波使得網(wǎng)絡(luò)速度變慢、數(shù)據(jù)出錯，n實時新和的動態(tài)顯示屏幕出現(xiàn)大片空白，數(shù)據(jù)刷的速度都極慢，且經(jīng)常中斷，根本無法進(jìn)行。40諧波的危害的幾個案例-續(xù)（引自“電能質(zhì)量及諧波標(biāo)準(zhǔn)”報告）某寬帶運營商由于突然斷電造成寬帶網(wǎng)絡(luò)客戶不能正 常上網(wǎng)，客戶索賠幾百萬元。n2004年38月吉林省農(nóng)電局一條10kV配電線（約40km）末端49個臺區(qū)先后發(fā)生了500多次低壓電器n（電視機(jī)、計算機(jī)、冰箱溫控器、交換機(jī)模塊、VCD、加油機(jī)電源板等等）燒損事故，經(jīng)測試分 析，是某鋼廠中頻爐諧波，因長線“諧波容升電壓” 效應(yīng)所致

18、。41電信行業(yè)諧波危害電纜損耗增加n 諧波在導(dǎo)體中會引起更高的損耗-集膚效應(yīng)n 這種現(xiàn)象取決于頻率及導(dǎo)體的流電阻，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p耗增加。¥，如同增加導(dǎo)體交åI 2 RDPL=hhh=2Rh：h次諧波頻率下的線路電阻n Rh 隨頻率升高而增加，直徑為0.76cm的圓形導(dǎo)體，其及5、7、11次諧n波的交流電阻分別為直流電阻的1.01，1.21，1.35倍及1.65倍。導(dǎo)線的直徑愈大，因集膚效應(yīng)而使諧波頻率下的電阻增加愈明顯，諧波產(chǎn)生的附加損耗也越大n42電信行業(yè)諧波危害電纜的損耗增加n 電纜損耗增加計算實例（引自n 例：電信動力室報告）電流300A，含有100A諧波電流的導(dǎo)線，其損

19、耗可計算得：n 線路電阻取0.5歐P = 1002 ´ 0.2 ´ 3´ 300m ´10-3= 1.8kWn 一年損耗的電費1.8kW ´ 24 ´ 365´ 0.8 = 12614.4元43電信行業(yè)諧波危害對變壓器的影響n 諧波電流可導(dǎo)致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會增加鐵損。n 引起硅鋼片、金屬緊固件及外殼發(fā)熱，變壓器的整體較高。n 由諧波所引起的額外損耗將與電流和頻率的平方成比例上升，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器的量下降。n 引起震動和噪聲負(fù)載容44干式變壓器帶不同類型負(fù)載時的特性一些研究建議，“當(dāng)變壓器后接負(fù)載為6脈沖整流器負(fù)

20、載時，建議將其負(fù)載量盡量70%以內(nèi)”在其額定容量的45電信行業(yè)諧波危害對油機(jī)的影響n 柴油發(fā)電機(jī)組的內(nèi)阻相對市電來說大了很多 ，非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流引起的電壓畸變就大很多，造成油機(jī)輸出電壓失真嚴(yán)重。這會造成：部分可能對失真嚴(yán)重的輸出波形發(fā)生誤n，認(rèn)為是過壓、超頻等油機(jī)停機(jī)；，從而造成n 輸出電壓不穩(wěn)，輸出高壓造成所帶負(fù)載燒毀。46電信行業(yè)諧波危害對油機(jī)的影響n 下表為柴油發(fā)電機(jī)組（200kVA）在不同的電壓 畸變度的情況下對不同非線性負(fù)載的帶載比率：n 采用諧波抑制電路，將諧波電流含量降低到5%10%以內(nèi)時,柴油發(fā)電機(jī)組的容量可按UPS容量的1.51.8倍選擇。(比增加油機(jī)容量合算)47發(fā)

21、電機(jī)組的電壓畸變度發(fā)電機(jī)組帶負(fù)載的百分比12脈沖整流UPS6脈沖整流UPS單相整流UPS5%78%42%22%10%100%69%36%15%100%96%52%電信行業(yè)諧波危害對無功補(bǔ)償電容的影響n 補(bǔ)償電容諧振n 損壞補(bǔ)償電容某市電信公司一年內(nèi)的故障統(tǒng)計n 對諧波電流來說電力電容是個低阻抗n 造成與電力電容回路有關(guān)的器件大量損壞功率因數(shù)的正常補(bǔ)償。n48熱偶接觸器電容熔絲指示燈連接線電抗器開關(guān)電壓表故障次數(shù)82441736810511可能導(dǎo)致的偶發(fā)性諧振n 當(dāng)負(fù)載有大量的諧波時，如果補(bǔ)償電容值選擇不當(dāng)，可能因偶發(fā)性的諧振現(xiàn)象導(dǎo)致供電網(wǎng)發(fā)生故障49電信行業(yè)諧波危害功率因數(shù)低n 畸變無功功率的

22、，的輸入功率因數(shù)如下式：1cos jPF =1+ (THD) 2在不考慮相位差的情況下，諧波對功率因數(shù)的影響如下：50諧波含量10%20%30%40%50%60%70%80%功率因數(shù)099098096093089086082078電信行業(yè)諧波危害電磁干擾對供電電壓的諧波畸變很敏感n 對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信n質(zhì)量；重者導(dǎo)致丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作n 諧波使n 如可編程損壞或出現(xiàn)誤動作的幾率大大增加器(PLC)，通常要求總諧波電壓畸變率(VTHD)小于5%，且個別諧波電壓畸變率低于3%，n 較高的畸變量可導(dǎo)致誤動作。這也是為什么一些大型UPS作的重要板容易燒壞，以及一

23、些出現(xiàn)誤動51電信行業(yè)諧波危害波形畸變n 引起諧波電壓n 過電壓誤觸發(fā)，供電中斷n（聯(lián)通寧波分公司測試報告）52電信行業(yè)諧波危害某次機(jī)故的發(fā)展過程多套6脈沖N+1 UPS系統(tǒng)并聯(lián)低壓供電輸入配電柜上的斷路器被損壞IDC機(jī)房空調(diào)機(jī)組停止運行幾百臺服務(wù)器因過熱停運線總諧波電流增大53電信行業(yè)諧波危害中線電流大，零地電壓高n 中線電流組成：n 3次及3n次諧波零序nn 某些情況下，中線電流有效值甚至超過相電流！n 危害：n 中線過熱，火災(zāi)n 引起硬件故障，燒毀信號的誤動作nn 影響電信質(zhì)量，延誤或阻止電信的正常進(jìn)行54典型零地電壓波形55零地電壓高的故障n 聯(lián)通寧波分公司某基站多次出現(xiàn)開關(guān)電源模塊燒

24、毀的情況n 可能有二：零地電壓過高引起模塊內(nèi)部SPD發(fā)熱n 單相電壓過燒毀；n 電網(wǎng)過壓和諧波使得模塊EMI電路共模抑制回路過載，特別是零地回路無空氣開關(guān)，過載時無法切斷回路，極易燒毀56電信行業(yè)諧波問題小結(jié)n 來源：n UPSn 開關(guān)電源n n 危害：n 功率因數(shù)降低n 諧振n 效率降低n 影響安全運行等n 57電信行業(yè)諧波治理措施58電信行業(yè)數(shù)據(jù)中心供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)59諧波治理低壓側(cè)補(bǔ)償高壓側(cè)補(bǔ)償諧波源自身治理改變供電結(jié)構(gòu)60電信行業(yè)諧波治理措施n 增大電力系統(tǒng)供電容量和傳輸電纜、開關(guān)等設(shè)備的容量，提高其諧波耐受度；n 改變變壓器的配置和聯(lián)接方式；輸入端采用輸入功率因數(shù)校正電路PFC；n 在n

25、 平滑電抗器（交流側(cè)/直流側(cè)）n 改變諧波源特性，6脈沖整流改為12脈沖整流；n 改變諧波源特性，不控整流改為整流；n 在系統(tǒng)中和n 在系統(tǒng)或內(nèi)部配置無源濾波器；輸入端配置有源濾波器；61增大供電系統(tǒng)、容量n 根據(jù)諧波標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波，系統(tǒng)容量越大，可以波電流也就越大n 缺點n 諧波本身并沒有減少n 成本高，不的諧n 供電系統(tǒng)容量固定，很難改變62改變變壓器的聯(lián)接方式抑制3次和3n次諧波，例如型/Y型n 這種變壓器，三次諧波和3n次諧波在繞組中形成環(huán)流，在輸入端消除3n次諧波。63諧波治理功率因數(shù)校正電路PFCn 特點與功能n 采用升壓開關(guān)電路（Boo

26、st電路）n 補(bǔ)償功率因數(shù)到0.99VILDVO輸出直流電壓nn 功率強(qiáng)度為100% 負(fù)載功率驅(qū)動電路半波交流電壓輸出電壓反饋電流反饋PFC64諧波治理PFC高頻整流UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6 CF>3直流母線電壓 逆變器工作波形PF=0.99 THDI5%DC/AC或半橋配電濾波器變壓器配電PFC整流PWC計算機(jī)負(fù)載器件電壓：380V半橋760V電池組DC300V±15%65n 與UPS配套n 當(dāng)前的器件水平可做到120kVA諧波治理12脈沖整流電路形式六脈沖整流器六脈沖整流器六脈沖整流器六脈沖整流器六脈沖整流器六脈沖整流器逆變器逆變器逆變器(a

27、) 雙繞阻變壓器(b) 單繞阻雙變壓器(b) 移相自藕變壓器666脈沖整流與12脈波整流的諧波含量比較 12脈波整流器 6脈波整流器直流側(cè)無大電容676脈沖整流與12脈波整流的諧波含量比較 12脈波整流器 6脈波整流器直流側(cè)有大電容68有源整流69平滑電抗器直流側(cè)平滑電抗交流側(cè)平滑電抗70n 平滑電抗器對于電壓波形畸變有明顯作用n 對于電流波形畸變作用不大n 主要應(yīng)用于3次諧波治理平滑電抗器應(yīng)用串入交流側(cè)n 例：如下圖所示在諧波源前方采用串聯(lián)電抗器LF作為諧波抑制。電源和線路阻抗為Ls，e為理想電壓源，B點的電壓失真度THDU為D，A點的電壓失真度為D71D = D'´LSL

28、S+ LF平滑電抗器所帶來的好處限制di/dt延長電容使用減小對自身裝置的影響成為電流源性質(zhì)諧波源， 利于集中諧波治理減小對其它負(fù)荷的影響72并聯(lián)補(bǔ)償裝置n 并聯(lián)補(bǔ)償：將諧波電流吸收到補(bǔ)償裝置中 無源LC濾波器 73KYXBQ諧波保護(hù)裝置LC無源濾波器1jwC+ jw L = 01w L C = 121w = 2f = 2 ´(n ´ 50Hz)n 一個被調(diào)至6次諧波頻率的LC: 諧振頻率點陷，阱電路可用于削弱6脈沖阻抗為零整流器電路中的5次和7次諧波成分，從而可使THD從34%降至10%C: 無功電流補(bǔ)償功率因數(shù)74諧波治理6脈沖整流無源濾波器UPS輸出電壓AC220V/

29、50HZ負(fù)載電流PF=0.6 CF>3UPS輸入電流PF=0.7 THDI30%直流母線電壓 逆變器工作波形5、7次無源濾波AC/DC（6脈沖）DC/AC或半橋配電濾波器變壓器配電PWC電池組計算機(jī)負(fù)載器件電壓：380V半橋760VDC300V±20%75LC濾波器 直流側(cè)有大電容 KYLB低壓無功補(bǔ)償裝置 KYXBQ諧波保護(hù)裝置 76諧波治理12脈沖整流無源濾波UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6 CF>3直流母線電壓 逆變器工作波形PF=0.95 THDI10%DC/AC或半橋配電濾波器變壓器AC/DC12脈沖整流配電11次無源濾波PWC計算機(jī)負(fù)載

30、器件電壓：380V半橋760V電池組DC300V±15%77n的問題n 增加系統(tǒng)成本n 負(fù)載減輕時，無源濾波效果不好無源濾波器LC不足只能抑制固定的幾次諧波，并且對某次諧波在一定條件下會產(chǎn)生諧振而使諧波放大，引起其他事故；只能補(bǔ)償固定的無功功率，對變化的無功負(fù)載不能進(jìn)行精確補(bǔ)償其濾波特性依賴于電源阻抗，受系統(tǒng)參數(shù)影響較大，并且其濾波特性有時很難與調(diào)壓要求相協(xié)調(diào)；由于對其中的元件參數(shù)和可靠性要求較高，且不能隨時nnnn間和外界環(huán)境變化，故對無源濾波器的很高對系統(tǒng)負(fù)荷變化較大的情況，不宜采用； 重量與體積較大等等。工藝要求也nn78KYXBQ諧波保護(hù)裝置的原理及結(jié)構(gòu)79KYXBQ諧波保護(hù)

31、裝置的優(yōu)點衰減性：THDI衰減率10安全性：并聯(lián)方式可保證對負(fù)載供電的連續(xù)性和安全性；節(jié)能性：可提高負(fù)載的輸入功率因數(shù)，降低負(fù)載從電網(wǎng)中耗用的電流有效值和視在功率，真正實現(xiàn)節(jié)能；nnn凈化電源：導(dǎo)干擾，增強(qiáng)的污染；電磁兼容性，減少間的傳n運行的可靠性， 消除對電網(wǎng)滿足標(biāo)準(zhǔn)：最大限度滿足IEC61000-3-4標(biāo)準(zhǔn)和通信標(biāo)準(zhǔn)（YD/T 1095 2000）n80無源LC濾波器與KYXBQ諧波保護(hù)裝置的對比81無源濾波器KYXBQ諧波保護(hù)裝置成本低中占地大小諧波補(bǔ)償性能好諧振風(fēng)險高低無功補(bǔ)償能力有好不對稱補(bǔ)償能力無好中線電流補(bǔ)償能力無好抑制諧波干擾及效果比較82方 式優(yōu) 缺 點增大電力系統(tǒng)的供電容

32、量和電纜、開關(guān)等諧波沒有消除，且貴；變壓器以不同的方式聯(lián)接僅能限制3次和3n次諧波，且目前高低壓電網(wǎng)已定， 不可改造；采用12脈沖整流、移相式濾波器僅能削減5次和7次諧波。效率低，損耗大； 效果差，不滿足IEC61000-3-4標(biāo)準(zhǔn)；上電時有非常大的浪涌電流；平滑電抗器僅能有限度地降低諧波電流THDI，安全性差；LC無源濾波器僅能按諧波頻率選擇衰減次數(shù)，安全性差；型整流和逆變小功率60KW以下較好，大功率時系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)的和安全性待驗證；KYXBQ諧波保護(hù)裝置可有效消除諧波，安全系數(shù)高，并聯(lián)于電路回路， 為首選方案；基于諧波保護(hù)裝置的電能質(zhì)量優(yōu)化83KYXBQ諧波保護(hù)裝置種類和拓?fù)浯?lián)KYXBQ

33、諧波保護(hù)裝置混合式串聯(lián)KYXBQ諧波保護(hù)裝置串并聯(lián)KYXBQ諧波保護(hù)裝置84KYXBQ諧波保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)85KYXBQ諧波保護(hù)裝置諧波電流檢測模擬追蹤補(bǔ)償方式快速方式86需要采樣至少一個完整的波形才能進(jìn)行的計算，故響應(yīng)速度在2040ms響應(yīng)速度快（<1ms）， 并且可以補(bǔ)償250次諧波將電流采樣后，使用快速計算的方式將其分解為各次波形，然后可以針對其中的特定某次諧波進(jìn)行消除。模擬追蹤補(bǔ)償方式的濾波器原理是將電源電流采樣后，將濾除，而將剩下的諧波量翻轉(zhuǎn)去抵消電源電流中的諧波有源濾波器電流n KYXBQ諧波保護(hù)裝置輸出參考電流由兩部分構(gòu)成：直流電壓的電流nn 需補(bǔ)償?shù)闹C波電流以及無功和不平衡

34、補(bǔ)償電流n KYXBQ諧波保護(hù)裝置電流輸出采用反饋閉環(huán)控制，輸出跟隨給定的參考值KYXBQ諧波保護(hù)裝置輸出電流反饋87諧波電流檢測直流電壓KYXBQ諧波保護(hù)裝置接入方式n 串聯(lián)KYXBQ諧波保護(hù)裝置需串入電網(wǎng)，本身的工作狀態(tài)對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，電網(wǎng)的異常情況也會影響的安全。這種方式較少采用。n 采用并聯(lián)補(bǔ)償方案，系統(tǒng)作為整體并聯(lián)接入電網(wǎng)，不必改接電網(wǎng)，便于現(xiàn)場安裝；n 模塊化設(shè)計，并聯(lián)擴(kuò)容方便；n 并聯(lián)接入更加方便，可在線維護(hù)；88KYXBQ諧波保護(hù)裝置功能n KYXBQ諧波保護(hù)裝置輸出完全跟蹤給定的參考電流，因此在容量足夠的情況下可以實現(xiàn)負(fù)荷電流的完美補(bǔ)償：n 諧波：開關(guān)頻率可達(dá)10kHz以上，

35、對諧波補(bǔ)償效果很好，諧波補(bǔ)償次數(shù)可達(dá)50次n 無功：可以輸出因數(shù)無功電流，實時負(fù)荷的功率n 不平衡：可以補(bǔ)償不對稱負(fù)荷引起的電流不平衡，改善和提高電源的工作效率，提高系統(tǒng)性零序電流、3次和3n次諧波n 中線電流：可以補(bǔ)償電流，有效降低零地電壓89KYXBQ諧波保護(hù)裝置節(jié)能效果n 防治因諧波引起的供電事故而導(dǎo)致生產(chǎn)受損n 提高負(fù)荷的功率因數(shù)，降低總諧波電流，可以避免供電部門的處罰n 可補(bǔ)償費用無功，節(jié)省固定電容器投入及維護(hù)n 減小諧波電流和電壓引起的故障， 降低維護(hù)費用，延長使用n 降低諧波電流引起的各種損耗， 綜合節(jié)能效果可達(dá)4%20%n 增加電力投資的有功功率輸出能力， 減少擴(kuò)容90基于電信

36、行業(yè)的諧波治理方案91現(xiàn)場諧波治理方案 有源濾波器92諧波評估/現(xiàn)場測量n 設(shè)計所依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)n 供電系統(tǒng)主接線圖及參數(shù)n 諧波源負(fù)荷特性（諧波電流大小、次數(shù)）n 民(：空調(diào)、冰箱、電視、計算機(jī)、UPS、變頻器n 工業(yè)用：變頻器、電焊機(jī)、電弧爐n 其它負(fù)荷（非諧波負(fù)荷）大小及特性n 系統(tǒng)諧波阻抗（尤其是采用LC濾波器時非常重要）n 現(xiàn)有諧波水平、應(yīng)達(dá)到的諧波指標(biāo)n 功率因數(shù)要求n 不對稱補(bǔ)償要求n 中線電流補(bǔ)償要求（三相四線）93諧波評估/現(xiàn)場測量某降壓站測量數(shù)據(jù)諧波問題復(fù)雜性、隨機(jī)性大多以實際測量結(jié)果作為處理問題依據(jù)VoltagesMagnitudes (26.03.2008. 13:26

37、:13)Currents5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5010.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00Voltage Ph1 (%)Thd = 2.67%Current Ph1 (%)Thd = 8.53%0481216 20 24 28 32 36 40 4448525660thd0481216 20 24 28 32 36 40 4448525660thd5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5010.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00Voltage Ph2 (%)Thd = 2.84%Curren

38、t Ph2 (%)Thd = 7.59%0481216 20 24 28 32 36 40 4448525660thd0481216 20 24 28 32 36 40 4448525660thd5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5010.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00Voltage Ph3 (%)Thd = 2.97%Current Ph3 (%)Thd = 7.74%0481216 20 24 28 32 36 40 4448525660thd0481216 20 24 28 32 36 40 4448525660thd94測量數(shù)據(jù)分析9

39、5n 兩段母線諧波電流均超標(biāo)n 測量時非用電高峰，夏季高峰期間（空調(diào)機(jī)組）諧波電流可能更大n 中線電流嚴(yán)重超標(biāo)母線類別數(shù)值中線電流I段電流（A）370110A電流THD（%）9.28電壓THD（%）3.05II段電流（A）520110A電流THD（%）9.26電壓THD（%）2.75KYXBQ諧波保護(hù)裝置配置方案選型n KYXBQ諧波保護(hù)裝置的標(biāo)稱電流In為額定濾波電流有效值正弦情況：Imax=1.414Innnn KYXBQ諧波保護(hù)裝置數(shù)為3）原則:Imax=3In（峰值因ImaxIn96KYXBQ諧波保護(hù)裝置配置方案選型容量選擇n KYXBQ諧波保護(hù)裝置標(biāo)稱型號 Inn KYXBQ諧波保護(hù)

40、裝置所補(bǔ)償負(fù)荷的諧波電流有效值 Ihn 治理后，諧波滿足標(biāo)準(zhǔn)n GB/T14549-93電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波n 諧波電流n 諧波電壓n KYXBQ諧波保護(hù)裝置容量選型“根據(jù)預(yù)估負(fù)載的被補(bǔ)償?shù)闹C波電流Ih的大小，然后選擇輸出的補(bǔ)償電流的額定值大于Ih的有源濾波器。選擇標(biāo)準(zhǔn)是大于Ih*1.25”97安裝方式 CT位置在負(fù)荷側(cè) CT位置在電網(wǎng)側(cè) 98諧波負(fù)荷類型對并聯(lián)補(bǔ)償?shù)挠绊憣嶋H上反映為負(fù)荷側(cè)的諧波阻抗99諧波電壓源諧波電流源“諧波電壓源”負(fù)荷n 如果負(fù)荷過于呈現(xiàn)“諧波電壓源”性質(zhì)，采用并 聯(lián)諧波補(bǔ)償方案可能引起諧波放大現(xiàn)象n 負(fù)荷阻抗在高頻時過小n 在這一點上，KYLB無源濾波和KYXBQ諧波

41、保護(hù)裝置是共同的n 解決方案n 補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷支路里盡量避免純電容性性質(zhì)的支路n 負(fù)荷支路串入適當(dāng)電抗(3%左右）n 對于產(chǎn)生諧波放大的頻率，不選擇補(bǔ)償100典型案例測試報告與分析101KYXBQ諧波保護(hù)裝置技術(shù)特點系列nn 測量CT位置n 負(fù)荷側(cè)n 電網(wǎng)側(cè)n 并聯(lián)運行n 最多可以10臺裝置并聯(lián)運行102補(bǔ)償功能n 補(bǔ)償功能n 諧波補(bǔ)償：261次諧波任意可選n 無功補(bǔ)償：提高功率因數(shù)n 不對稱補(bǔ)償：均衡三相負(fù)載n 中線電流補(bǔ)償：消除中線上電流n 補(bǔ)償功能組合n 各種補(bǔ)償功能可以組合n 可以設(shè)置優(yōu)先模式，充分利用KYXBQ諧波保護(hù)裝置 補(bǔ)償能力n 諧波優(yōu)先模式n 無功優(yōu)先模式n 均等模式103響應(yīng)速

42、度n 諧波檢測時間n 瞬時模式：快速動態(tài)補(bǔ)償n FFT模式（推薦）： 精確補(bǔ)償、靈活選擇補(bǔ)償次數(shù)速度n 開關(guān)頻率：10kHz20kHzn 電流跟蹤速度<100usn 全響應(yīng)時間n FFT模式: 2030msn104蘭州海紅技術(shù)電信機(jī)房供電系統(tǒng)圖n 2臺800kVA變壓器供電，單母線分段n 8組總?cè)萘繛?40kvar電容無功補(bǔ)償裝置，采用傳統(tǒng)的接觸器投切105KYXBQ諧波保護(hù)裝置安裝現(xiàn)場106KYXBQ諧波保護(hù)裝置測試報告n 該機(jī)房的問題107KYXBQ諧波保護(hù)裝置投入前后諧波補(bǔ)償效果n KYXBQ諧波保護(hù)裝置補(bǔ)償后，3，5，7次諧波均在3%以內(nèi)108KYXBQ諧波保護(hù)裝置投入前后諧波補(bǔ)償效果n APF投入，THD約4；APF，THD 在20以上109KYXBQ諧波保護(hù)裝置投入前后N相電流頻譜n 3次諧波由24.3A下降到4.9A；9次諧波由15.4A降到6.9A110無功（功率因數(shù)）補(bǔ)償情況未投入無功補(bǔ)償2000.9780.9760.9740.9720.970.9680.9660.9640.9620.960.9580.9560.9540.9520.950.9480.9460.9440.9420.940.9380.