電氣行業(yè)-電能質量及諧波和中壓電能質量的治理ppt課件

1、電能質量及諧波中國礦業(yè)大學信電學院目錄一、電能質量簡介二、諧波三、中壓電能質量的治理一、電能質量簡介：內容及規(guī)范nGB/T 12325-2019 GB/T 12325-2019 電能質量電能質量 供電電壓允許偏向；供電電壓允許偏向；nGB 12326-2000 GB 12326-2000 電能質量電能質量 電壓動搖和閃變電壓動搖和閃變; ;nGB/T 15543-2019 GB/T 15543-2019 電能質量電能質量 三相電壓允許不平衡度三相電壓允許不平衡度; ;nGB/T 15945-2019 GB/T 15945-2019 電能質量電能質量 電力系統(tǒng)頻率允許偏向電力系統(tǒng)頻率允許偏向;

2、;nGB/T 14549-1993 GB/T 14549-1993 電能質量電能質量 公用電網諧波公用電網諧波; ;一、電能質量簡介： 供電電壓允許偏向n電壓偏向計算：n供電電壓的允許偏向：n135kV及以上供電電壓正、負偏向的絕對值之和不超越標稱系統(tǒng)電壓的 10；注：如供電電壓上下偏向同號均為正或負時，按較大的偏向絕對值作為衡量根據。n2 10kV及以下三相供電電壓允許偏向為標稱系統(tǒng)電壓的 7 。n3220V單相供電電壓允許偏向為標稱系統(tǒng)電壓的+7 、10 。n4對供電電壓允許偏向有特殊要求的用戶，由供用電雙方協(xié)議確定。100實測電壓標稱系統(tǒng)電壓電壓偏差(%)%標稱系統(tǒng)電壓一、電能質量簡介：

3、電壓動搖和閃變l 電壓變動特性d(t)：電壓方均根值變動的時間函數，以系統(tǒng)標稱電壓的百分數表示。l 電壓變動d：電壓變動特性d(t)上，相鄰兩個極值電壓之差。l 電壓變動頻度r：單位時間內電壓變動的次數(電壓由大到小或由小到大各算一次變動)。同一方向的假設干次變動，如間隔時間小于30 ms，那么算一次變動。l 電壓動搖：電壓方均根值一系列的變動或延續(xù)的改動。電壓變動頻度r次/小時電壓變動d的限值低 壓、中壓高 壓r1431r 1032.510r 10021.5100r 10001.251電力系統(tǒng)公共銜接點或動搖負荷用戶引起的公共銜接點電壓變動限值電力系統(tǒng)公共銜接點或動搖負荷用戶引起的公共銜接點

4、電壓變動限值一、電能質量簡介：電壓動搖和閃變(續(xù))l 閃變時間t: 一個有時間量綱的值，表示電壓變動的閃變影響，和波形、幅值以及頻度均有關。l 閃變：燈光照度不穩(wěn)定呵斥的視感。l 短時間閃變值Pst: 衡量短時間(假設干分鐘)內閃變強弱的一個統(tǒng)計量值。l 長時間閃變值Plt: 由 短時間閃變值推算出，反映長時間(假設干小時)閃變強弱的量值。電壓等級低壓中壓高壓短時間閃變值1.00.9(1.0)0.8長時間閃變值0.80.7(0.8)0.6注：短、長時間閃變值每次測量周期10min 、2小時；中壓括號中的值僅適用于公共連接點連接的所有用戶為同電壓級的用戶場合。電力系統(tǒng)公共銜接點各級電壓下的閃變限

5、值電力系統(tǒng)公共銜接點各級電壓下的閃變限值電能質量簡介三相電壓允許不平衡度電能質量簡介電力系統(tǒng)頻率允許偏向l電力系統(tǒng)頻率允許偏向：正常允許0.2Hz，當系統(tǒng)容量較小時允許0.5Hz 。l用戶沖擊負荷引起的系統(tǒng)頻率變動普通不得超越0.2Hz，根據沖擊負荷性質和大小以及系統(tǒng)的條件也可適當變動限值，但應保證近區(qū)電力網、發(fā)電機組和用戶的交全、穩(wěn)定運轉以及正常供電。電能質量簡介公用電網諧波l 總諧波畸變率(THD)：周期性交流量中的諧波含量的方均根值與其基波分量的方均根值之比(用百分數表示)。分為電壓總諧波畸變率與電流總諧波畸變率。公用電網諧波電壓公用電網諧波電壓(相電壓相電壓)限值限值電網標稱電壓kV電

6、壓總諧波畸變率各次諧波電壓含有率奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8電能質量簡介公用電網諧波續(xù)l 公共銜接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量(方均根值)不應超越表2中規(guī)定的允許值。當公共銜接點處的最小短路容量不同于基準短路容量時，表2中的諧波電流允許值應進展換算即：各次諧波電流分量各次諧波電流允許值*(公共銜接點的最小短路容量/基準短路容量)。二、諧波：諧波的產生非線性負載產生諧波：工業(yè)用易產生諧波設備：直流調速器、變頻調速器、不延續(xù)電源系統(tǒng)UPS、 現(xiàn)代照明系統(tǒng)、焊接安裝 、感應加熱爐、整流器、飽和變壓器等。民用易產生

7、諧波設備：電視機、空調、計算機、日光燈、電冰箱等 。諧波流向：諧波電流主要流過電容器。諧波電流也流過電網。諧波電流的流動導致諧波電壓。諧波也注入其他接入同一電網總線的線性負載。注入電網的諧波也會流向聯(lián)網的其他用戶。二、諧波：三相整流產生的諧波l三相整流設備產生的諧波電流，其諧波次數可按如下公式求得：lN = fn / f1 = K*P1l 公式中：l N = 諧波次數；l fn = 諧波電流頻率 ； f1 = 基波電流頻率 ； l K = 1，2，3， ； P = 整流設備的波頭數6、12、24。l 例如：6 波頭的整流器將產生 5，7，11，13 次諧波。l三相整流設備產生的諧波電流值可按如

8、下公式求得：lIn = I1 / Nl 公式中：l In = N 次諧波的電流值 ； I1 = 基波電流值； N = 諧波次數。l 二、諧波：諧波的種類l 特性諧波：l 與相關回路構造相關.l 有規(guī)律的諧波次數.l 諧波頻率可由公式 k*p+1 ; k = 1,2,3得到.l 諧波頻率呈規(guī)律性.l 非特性諧波：l 由頻率轉換設備產生.l 系統(tǒng)不平衡 (電壓和感抗)l 3次諧波零序諧波：l 3*(2n+1) ,n = 0,1,2 例如 3,9,15,21. 等.l 主要影響零序.l 添加零相電流.二、諧波：諧波的相序1l 每一諧波的相序都有關于基波的聯(lián)絡.l 按商定基波被設定為正相序.l 一切高

9、次諧波都有相對于基波的正、負或是零相序.l 二、諧波：諧波的相序2RYB的相序的相序 (+ Seq.)基次分量基次分量 R Y B基次基次 +120o 0o -120o 二次二次 +240o 0o -240o 諧波諧波 -120o 0o +120o 因此二次諧波作為負序分量運轉因此二次諧波作為負序分量運轉.YRBYRB負序二、諧波：諧波的相序3RYB的相序的相序 (+ Seq.)基次分量基次分量 R Y B基次基次 +120o 0o -120o 三次三次 +360o 0o -360o 諧波諧波 +0o 0o -0o 因此三次諧波作為零序分量運轉因此三次諧波作為零序分量運轉.YRBRYB二、諧波

10、：諧波的相序4諧波次序諧波次序123456789相序相序+-0+-0+-0正序正序負序負序零序零序基次基次2 2次次3 3次次4 4次次5 5次次6 6次次7 7次次8 8次次9 9次次1010次次1111次次1212次次3n+13n+1次次3n+23n+2次次3n+33n+3次次被被3 3除余除余1 1被被3 3除余除余2 2可被可被3 3整除整除每一諧波的相序算法及陳列：二、諧波：諧波的相序4各序諧波的特性及危害：正序正序 負序負序零序零序趨膚效應引起過熱趨膚效應引起過熱趨膚效應引起過熱支持基波與基波對抗在中性點積聚中溫過熱產生零線發(fā)熱相對危害較少危害很多造成中性線接地和開路情況的原因二、

11、諧波：對設備的的危害設備種類諧波影響變壓器由于趨膚效應增加銅損；諧波高頻增加鐵損；降低效率。電動機增加銅損，鐵損；脈動轉矩。電力電纜增加銅損，導致過熱。開關裝置，繼電保護誤動或據動。自動控制裝置操作不正常。電力電容器由于串聯(lián)或并聯(lián)諧振導致電容器過載。通信設備產生嚴重干擾。三、中壓電能質量的治理：內容及目的l使注入公用電網的諧波電流及公共銜接點的諧波電壓在國標限值以內；l提高用戶用電的功率因數；l使電壓動搖和閃變在國標限值以內；l使電壓凹陷、凸起、短時中斷的幅值和繼續(xù)時間在設備允許范圍內。l運用戶設備在電磁兼容允許范圍內平安經濟運轉，把對電網的干擾限制在國標限值以內。三、中壓電能質量的治理：治理

12、設備l無源濾波器FC手動/自動投切，調諧/非調諧l靜止型動態(tài)無功補償安裝SVC：TSC、TSC+TCRl靜止型動態(tài)無功補償安裝SVC：FC+TCR、FC+MCRl有源濾波器APFl靜止無功發(fā)生器SVG(又稱靜止同步補償器STATCOM)三、中壓電能質量的治理：無源濾波器FCl主要器件：電容器+電抗器+電阻器可選l投切方式：手動、自動l功能：純補償非調諧、補償濾波調諧l濾波原理：采用電力電容器串聯(lián)適當比例的電抗器，構成針對某一特定頻率的低阻抗濾波回路，吸收特定頻率的諧波電流，補償基波無功功率。l適用場所：無功功率大、功率因數低、無功變化不頻繁，具有典型特征諧波5，7，11，13次的工業(yè)負荷。l優(yōu)

13、點：構造簡單，造價低廉，適宜大規(guī)模運用。l缺陷：呼應時間長，兩次投切間隔通常要幾秒放電時間，不能補償動態(tài)無功；補償容量遭到電網電壓的限制，電網電壓越低，輸出無功越小，而此時恰恰需求向電網輸出無功，以期抬高電網電壓程度；只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會產生放大作用；濾波要求和無功補償、調壓要求有時難以協(xié)調；投切產生涌流及過電壓會對系統(tǒng)會呵斥沖擊，補償精度低。三、中壓電能質量的治理:非調諧無源濾波器l非調諧(Detuned)或諧波抑制濾波器：諧振頻率fR 最低主諧波頻率的90%；例如：fR =214Hz,小于5次諧波的90% .l電抗系數 12.5% 或 14%適用于 3次諧波 ；電抗系數

14、 5.5% 或 7%適用于 5、7次諧波 。l適用于：僅思索無功補償，且諧波含量小的場所。l參數選擇需求留意防止電容器諧波過載。接線原理圖三、中壓電能質量的治理：調諧無源濾波器l調諧(Tuned)或諧波吸收濾波器：諧振頻率 fR在被吸收的諧波頻率的10%的范圍內；例如：fR =246Hz,吸收 5次諧波。l要濾除 5、7、11 次諧波分別采用 5、7、11 次濾波器。l適用于：思索無功補償同時需求進展諧波吸收的場所，普通諧波成份固定且無功變化不大。l優(yōu)點：濾波效果好；l缺陷：無功變化較大時，難以做到補償與諧波治理的完美結合。5 次7 次11 次接線原理圖三、中壓電能質量的治理：SVC-TSCl

15、 主要器件：FC+TSC或FC+TSC+TCRl TSC投切方式：晶閘管投切電容器，有晶閘管和二極管反并聯(lián)及兩個晶閘管反并聯(lián)兩種方式。l 冷卻方式：水冷、風冷。l 功能：分組補償電網感性無功，吸收電網中特定頻段諧波電流。l 優(yōu)點：動態(tài)跟蹤無功變化，跟蹤速度可達510ms，不發(fā)生過補償、無投切振蕩和無沖擊投切，對三相不平衡負荷可以分相補償。l 缺陷：控制復雜；晶閘管的冷卻系統(tǒng)必需帶電運轉，水冷運轉維護本錢高，風冷效率低；本身產生的諧波不可忽視，諧波治理效果不理想；產生電磁輻射污染。l TSCTCR補償器：以電容器作分級粗調，以電感作相控細調。三、中壓電能質量的治理：SVC-FC+TCR/MCRl

16、 主要器件：FC+TCR、FC+MCRl FC+TCR投切方式：FC固定投切，可控硅調理相控電抗器投入比例。l FC+MCR投切方式：FC固定投切，可控硅調理磁控電抗器投入比例。l 冷卻方式：水冷、風冷。l 功能：補償電網感性無功，F(xiàn)C吸收電網中特定頻段諧波電流，部分減小無功沖擊呵斥的電壓動搖與閃變。l 優(yōu)點：動態(tài)跟蹤無功變化，跟蹤速度可達20ms，不發(fā)生過補償、無投切振蕩和無沖擊投切。l 缺陷：功耗大；占地面積大；晶閘管的冷卻系統(tǒng)必需帶電運轉，水冷運轉維護本錢高，風冷效率低；本身產生的諧波不可忽視，諧波引起電感、電容發(fā)熱，導致絕緣老化，電容器參數參數變化及損壞；諧波在TCR與FC間流動添加損

17、耗，降低效率；諧波引起電磁兼容問題干擾周圍設備；諧波呵斥電磁污染、輻射環(huán)保問題。三、中壓電能質量的治理： SVC-FC+TCR三、中壓電能質量的治理：SVC 續(xù)三、中壓電能質量的治理：APFl 主要器件：有源濾波器APFl 分類：電壓型和電流型；并聯(lián)型和串聯(lián)型。適用的為并聯(lián)電壓型。l 原理：利用PWM技術實現(xiàn)的電流發(fā)生器,它產生與負載無功(基波與諧波)電流大小相等、方向相反的電流，使注入電網的無功電流為零。功能：諧波治理無功補償抑制電壓驟降抑制閃變。l 優(yōu)點：無需大容量電容器和電抗器，是一種動態(tài)的可控處理方案，可自動地順應網絡和負載的變化，不存在諧振問題，占地面積小 。l 缺陷：單機容量較小，

18、不適宜大容量補償，高壓運用幾乎沒有，系統(tǒng)造價高。l 適用場所：功率因數高、配電系統(tǒng)復雜、諧波分量復雜的工業(yè)負荷。三、中壓電能質量的治理：APF-MARSl電能質量有源恢復系統(tǒng)MARSMains Active Restoring System是一種高壓有源濾波補償安裝。l主要器件：斷路器、變壓器、MARS。l原理：利用雙橋PWM技術實現(xiàn)的電流發(fā)生器，具備有源濾波器的一切優(yōu)點，同時還能提供雙向無功功率補償，對系統(tǒng)的高頻紋波影響最小。l功能：諧波治理無功補償抑制電壓驟降抑制閃變。l適用場所：功率因數高、配電系統(tǒng)復雜、諧波分量復雜、補償容量大的中高壓工業(yè)負荷。l特點：自動動態(tài)輸出各次諧波電流和無功電流

19、，補償范圍廣，補償精度高；是一種動態(tài)的可控處理方案，可自動地順應網絡和負載的變化，不存在系統(tǒng)諧振危險；采用雙橋PWM技術，對系統(tǒng)的高頻紋波影響??；呼應速度快達2ms;單機容量大，技術成熟，適宜大容量高壓補償。三、中壓電能質量的治理： APF-MARS續(xù)MARS特性：高動態(tài)：電流丈量周期20s ，意味著可以足夠地補償各次諧波。直接諧波控制：可以自在地選擇諧波次數并對它們直接補償，這一方法可以以最小的有源濾波容量實現(xiàn)最優(yōu)的補償效果。最小電網回饋：兩個并聯(lián)的IGBT橋和同步的切換操作保證了最小的電網回饋。 獨立的濾波性能：濾波功能的設置是獨立于電網質量和電網阻抗的。無功電流的補償：可以補償基波無功電

20、流容性或感性電流，系統(tǒng)補償諧波剩余的容量都可以用來進展無功補償。減小電壓動搖：在大功率電機啟動時，減小電壓的動搖。減少閃變：高動態(tài)的補償特征有效地減小閃變。容量比APF大：單機120k-1450kVAr 容量范圍。三、中壓電能質量的治理： APF-MARS續(xù)MARS接線原理圖 三、中壓電能質量的治理： APF-MARS續(xù)MARS補償無功電流原理-=0.0050.010.0150.020.0256004002000200400600IUI eff =324.3A0.0050.010.0150.020.0256004002000200400600UIrIr eff =74.2AInetz0.005

21、0.010.0150.020.0256004002000200400600UInetz eff =315.7A無 MARS時的電流MARS 電流系統(tǒng)電流 特點：對無功電流的高動態(tài)性補償；降低系統(tǒng)公共銜接點電流；系統(tǒng)中無諧振危險；載波控制系統(tǒng)不受影響。三、中壓電能質量的治理： APF-MARS續(xù)MARS補償諧波電流原理特點：補償諧波電流，明顯改善系統(tǒng)電壓波形；降低系統(tǒng)電流; 不產生諧振; 不影響載波信號。無 MARS時的電流系統(tǒng)電流0.0050.010.0150.020.0256004002000200400600I UI eff =343.7A-0.0050.010.0150.020.0256004002000200400600UIgIg eff =113.8A=0.0050.010.0150.020.0256004002000200400600InetzUInetz eff =324.3AMARS電流三、中壓電能質量的治理：SVGl 靜止無功發(fā)生器(SVG)又稱靜止同步補償器(STATCO