電能質(zhì)量基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

.,電能質(zhì)量基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn),培訓(xùn)人：徐翔,.,電能質(zhì)量概述無(wú)功與諧波基礎(chǔ)知識(shí)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理方法某移動(dòng)基站諧波治理案例,報(bào)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(duì)用電設(shè)備造成影響的供電和用電問(wèn)題。,.,一、電能質(zhì)量概述(2/5),電能質(zhì)量問(wèn)題：,頻率問(wèn)題,幅度問(wèn)題,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓、欠電壓及電壓波動(dòng)閃變（flicker）幅度暫低（sag，dip）、暫高（swell）、短時(shí)中斷（interruption）,.,波形和對(duì)稱度,三相不對(duì)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(wèn)題的原因,干擾性負(fù)荷電弧爐、整流器、單相負(fù)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)供電電壓允許偏差(GB12325-1990)電壓允許波動(dòng)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(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓(GB/T18481-2001),一、電能質(zhì)量概述(5/5),.,二、無(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(1/10),無(wú)功功率,無(wú)功功率只是描述了能量交換的幅度，而并不消耗功率。無(wú)功功率分為感性無(wú)功與容性無(wú)功，感性無(wú)功表現(xiàn)為電壓相位超前電流相位，容性無(wú)功表現(xiàn)為電壓相位滯后電流相位。,.,增加額外電費(fèi)根據(jù)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法：功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.9時(shí)(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(fèi)，大于0.95減收0.75%的電費(fèi)；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(fèi)，如為0.8則要加收5%的電費(fèi)獎(jiǎng)的少，罰的多,二、無(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(2/10),.,二、無(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(3/10),任何頻率“f”的周期信號(hào)，無(wú)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(fù)載產(chǎn)生,諧波,.,線性負(fù)載：如果一個(gè)負(fù)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(méi)有諧波分量。這樣的負(fù)載的例子：電熱器中的電阻器，穩(wěn)態(tài)條件下的電感負(fù)載（電動(dòng)機(jī)，變壓器等）非線性負(fù)載：如果一個(gè)負(fù)載引導(dǎo)的電流與電源電壓沒(méi)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(fù)載的類型。例如開(kāi)關(guān)電源，整流電源，變壓器,二、無(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(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(duì)于50Hz的基波，第3次諧波的頻率是3x50=150Hz。頻譜：信號(hào)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(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(5/10),.,諧波源設(shè)備：變速傳動(dòng)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(jī)大建筑物中的照明飽和電抗器（變壓器）,二、無(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(6/10),.,變速傳動(dòng)裝置（交流）3相負(fù)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(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(7/10),.,整流器等：3相負(fù)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(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(8/10),.,電焊機(jī)：?jiǎn)蜗嘭?fù)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(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(9/10),.,照明（熒光燈）：?jiǎn)蜗嘭?fù)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(wú)功與諧波的基礎(chǔ)知識(shí)(10/10),.,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(1/24),同步調(diào)相機(jī),并聯(lián)電容器,靜止無(wú)功補(bǔ)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(wú)功發(fā)生器(SVG),無(wú)功治理方法介紹,.,并聯(lián)電容器,提供超前的無(wú)功補(bǔ)償量固定,三、無(wú)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(wú)功TCR提供滯后的無(wú)功，大小連續(xù)可調(diào)總體上既可提供超前的無(wú)功，也可提供滯后的無(wú)功可連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),晶閘管控制電抗器(TCR),三、無(wú)功治理與諧波治理方法(3/24),.,提供超前的無(wú)功動(dòng)態(tài)投切分級(jí)調(diào)節(jié),晶閘管投切電容器(TSC),三、無(wú)功治理與諧波治理方法(4/24),.,靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG),靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG：StaticVarGenerator）的基本原理是指將自換相橋式電路通過(guò)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(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?三、無(wú)功治理與諧波治理方法(5/24),.,SVG的三種運(yùn)行模式:,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(6/24),.,響應(yīng)速度更快SVG響應(yīng)時(shí)間：5ms。SVG可在極短的時(shí)間之內(nèi)完成從額定容性無(wú)功功率到額定感性無(wú)功功率的相互轉(zhuǎn)換，這種無(wú)可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。,SVG特點(diǎn)：,安全性更高SVG運(yùn)行時(shí)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(bǔ)償功能多樣化，使用同一套SVG裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同的多種補(bǔ)償功能：補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償負(fù)載諧波補(bǔ)償負(fù)載不平衡同時(shí)補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功、諧波和不平衡,三、無(wú)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(duì)電網(wǎng)不會(huì)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(yùn)行。由于無(wú)需大容量的電容器和電抗器做儲(chǔ)能元件，SVG的占地面積最大只有相同容量SVC的50%。,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(8/24),.,幾種無(wú)功補(bǔ)償方案比較：,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(9/24),.,諧波治理方法,LC無(wú)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(wú)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(wú)功治理與諧波治理方法(10/24),.,單調(diào)諧濾波器對(duì)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(wú)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(wú)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(wú)功治理與諧波治理方法(12/24),.,并聯(lián)型有源濾波器原理簡(jiǎn)圖：,三、無(wú)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(bǔ)償電壓型的諧波源可等效為一個(gè)諧波電壓源解決電壓波形問(wèn)題,三、無(wú)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(fù)載系統(tǒng)：,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(15/24),.,混合型有源濾波器和無(wú)源濾波器混合,三、無(wú)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(shí)解決電壓、電流的波形問(wèn)題,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(17/24),.,無(wú)源電力濾波器優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)便于維護(hù)成本較低等無(wú)源電力濾波器缺點(diǎn)單調(diào)諧濾波器的諧振頻率會(huì)因電容、電感參數(shù)的偏差或變化而改變電網(wǎng)頻率會(huì)有一定波動(dòng)，這將導(dǎo)致濾波器失諧電網(wǎng)阻抗變化對(duì)單調(diào)諧濾波器的濾波效果有較大影響更為嚴(yán)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(wú)功治理與諧波治理方法(18/24),.,有源電力濾波器的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)；可同時(shí)對(duì)諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償無(wú)功的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；補(bǔ)償無(wú)功時(shí)不需貯能元件；補(bǔ)償諧波時(shí)所需貯能元件容量也不大；即使補(bǔ)償對(duì)象電流過(guò)大，電力有源濾波器也不會(huì)發(fā)生過(guò)載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)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(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響；既可對(duì)一個(gè)諧波和無(wú)功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無(wú)功源集中補(bǔ)償。,三、無(wú)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(biāo)稱，如75A對(duì)應(yīng)的容量為50kVA、150A對(duì)應(yīng)100kVA。,有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)：,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(20/24),.,參數(shù)2：補(bǔ)償次數(shù),補(bǔ)償次數(shù)只可補(bǔ)償?shù)闹C波次數(shù)，國(guó)外廠家一般定義2-60次同時(shí)可選20種。需注意以下問(wèn)題：1、弄清負(fù)載的諧波電流哪些頻次是必須補(bǔ)償?shù)?，若?fù)載的高次諧波電流很小就沒(méi)有補(bǔ)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(dá)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(fù)載設(shè)計(jì)的。越是高次電流(13次)以上，輸出能力越差。,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(21/24),.,參數(shù)3：補(bǔ)償率,在負(fù)載諧波電流處于APF補(bǔ)償電流范圍內(nèi)時(shí)，單臺(tái)APF諧波補(bǔ)償率的定義如下：,式中，THDiLoad為補(bǔ)償后負(fù)載電流的THD，THDiGrid為補(bǔ)償后電網(wǎng)電流的THD。,1、補(bǔ)償率是針對(duì)典型負(fù)載的，不是任何負(fù)載時(shí)都能達(dá)到。起草中的APF國(guó)標(biāo)規(guī)定補(bǔ)償率應(yīng)85%。2、負(fù)載電流的THD及有效值對(duì)補(bǔ)償率有較大影響。3、任何廠家的補(bǔ)償率都是針對(duì)典型負(fù)載的，且定義有差別，起草中的APF國(guó)標(biāo)對(duì)補(bǔ)償率的定義及測(cè)試方法有明確規(guī)定。,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(22/24),.,參數(shù)4：響應(yīng)時(shí)間,響應(yīng)時(shí)間是指諧波負(fù)載投入后，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)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(fù)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(fù)載電流從0到額定電流130A時(shí)，經(jīng)過(guò)10ms后APF完全補(bǔ)償了諧波電流，這證明了APF的響應(yīng)時(shí)間為10ms。,三、無(wú)功治理與諧波治理方法(23/24),.,1、響應(yīng)時(shí)間指的是諧波電流被完全消除所需的時(shí)間。瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間指的是開(kāi)始出諧波的時(shí)間，有的廠家給出us級(jí)的瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間沒(méi)有關(guān)聯(lián)