電能質(zhì)量技術(shù)及控制

我們在生活和生產(chǎn)中曾經(jīng)遇到過諸如下面的一些問題:批…主開關(guān)常常跳閘:影響正常生產(chǎn)，損失大把鈔票啊…心疼…變壓器容量不小,負(fù)載也不太大,怎么容量還是不夠,增容費用很高，又要掏銀子…電壓總是不穩(wěn)定…哪里來的干擾，計算機(jī)都不能正常工作…日光燈不停的閃耀，鎮(zhèn)流器也燒毀了…自動掌握裝置不再聽話，常常誤動作…燒電機(jī)…自動化設(shè)備的掌握系統(tǒng)常常出故障…供電公司說我們諧波超標(biāo)，給我們開了一張限期整改通知單…上了補償濾波裝置〔高壓側(cè)，變壓器溫升怎么還這么高呀………。假設(shè)您的配電設(shè)備常常消滅故〕問題；假設(shè)您的電費單中有功率調(diào)整電費，請您關(guān)注智能無功補償技術(shù)！關(guān)于電能質(zhì)量問題熱能、光能、化學(xué)能等形式以供消費.一、抱負(fù)的電能供給形式形，按規(guī)定的電壓水平向用戶供電，即抱負(fù)的電能供給形式應(yīng)滿足：單一恒定的電網(wǎng)標(biāo)稱頻率50Hz：功率平衡，不中斷規(guī)定的假設(shè)干電壓等級配電系統(tǒng)一般為110kV,35kV,10kV，380V/220V抱負(fù)的正弦波形電壓電流同相位，無其他頻率成份三相系統(tǒng)的平衡幅度一樣，相位互差120度。二、實際導(dǎo)致供電模式非抱負(fù)的因素電能質(zhì)量〔PowerQuality-PQ〕就是指電能的優(yōu)劣程度，電能質(zhì)量問題就是為：電力供給方的因素設(shè)備因素技術(shù)因素治理因素電力用戶方的因素流輸電設(shè)備等；沖擊性負(fù)荷：如電弧爐、軋機(jī)等;負(fù)荷不平衡:如電力機(jī)車外在因素：自然災(zāi)難，雷電、風(fēng)雪、鳥害…人為因素，恐懼活動三、電能質(zhì)量問題分類電能質(zhì)量問題一般可以分為以下幾類:供電中斷；電壓偏差；頻率偏差；三相不平衡；電力諧波〔這是全部電能質(zhì)量問題中最常見的一種);電壓波動與閃變；電壓暫降與暫升;…電能質(zhì)量指公用電網(wǎng)對電力用戶的供電電壓質(zhì)量和電力用戶對公用電網(wǎng)的干擾水平。電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、電壓凹陷、電壓凸起、電壓中斷、電壓脈沖和振蕩等參數(shù)描述.相不平衡功率等參數(shù)描述。四、波形畸變出了非線性電阻引起電流畸變的原理圖。i(t)u(t)

非線性電阻ui非線性電阻引起的電流畸變諧波。即:50Hz〔h=1〕+ 150Hz〔h=3〕+250Hz〔h=5〕+350Hz〔h=7〕+ 450Hz〔h=9〕+ 550Hz〔h=11〕+ 650Hz〔h=13〕+...畸變波形的Fourier級數(shù)表示：直流重量、基波、諧波五、電能質(zhì)量問題帶來的危害1、諧波對各種設(shè)備的危害〔1)變壓器：電流諧波將增加銅損、鐵損，使變壓器溫度上升，影響其絕緣力量,并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振,及引起鐵心磁通飽和或歪斜,而產(chǎn)生噪聲.動機(jī)的額外升溫，電動機(jī)往往要降額使用,由于輸出波形失真，增加電動機(jī)的重復(fù)峰值電壓,影響電動機(jī)的絕緣，諧波還會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，以及噪聲增加.(3〕電力電容器組：一般電容器的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)最大電流只允許35％的超載，但實際運轉(zhuǎn)時，由于諧波的影響，常發(fā)生嚴(yán)峻過載。因而導(dǎo)致過熱、增加介電質(zhì)的應(yīng)力,會發(fā)生振動短路、過電流及產(chǎn)生噪聲?！?〕開關(guān)設(shè)備：由于諧波電流的存在，開關(guān)設(shè)備在起動瞬間產(chǎn)生很高di／dt的電流變化率,致使增加暫態(tài)恢復(fù)電壓的峰值，以致破壞絕緣。性，以致引起誤動作。的電磁轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低準(zhǔn)確度.很簡潔感受諧波失真而誤動作。其他還有如照明設(shè)備、通信設(shè)備、電視及音響設(shè)備、電腦設(shè)備、載頻遙控設(shè)備等都簡潔受諧波的干擾而影響其正常的工作或削減其使用壽命。2。電壓偏差的危害對用電設(shè)備的危害和效率都會降低，又得還會削減使用壽命。電壓偏差超過肯定范圍,設(shè)備會由于電壓或過電流而損壞.對電網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行的危害率極限超低，越是簡潔發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。電網(wǎng)缺乏無功功率,運行電壓低，有可都是嚴(yán)峻的電力系統(tǒng)事故，會造成大量負(fù)荷停電及系統(tǒng)瓦解等格外嚴(yán)峻的后果.〔有功功率損耗〕，提高了用電本錢。3。頻率偏差對系統(tǒng)和用電設(shè)備的影響〔1)對用電負(fù)荷的影響產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障。降低勞動生產(chǎn)率。使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停頓運行。對系統(tǒng)的影響降低發(fā)電機(jī)組效率，嚴(yán)峻時可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。汽輪機(jī)在低頻下運行時簡潔產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲乏損傷和斷裂。就隨之加大,系統(tǒng)所需無功功率大為增加，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難。無功補償用電容器的補償容量與頻率成正比。1％，01％計電量.率變化。三相不平衡的危害和影響電力系統(tǒng)的規(guī)劃、負(fù)荷安排也有關(guān)?！峨娔苜|(zhì)量三相電壓允許不平衡度》502％，4％。對變壓器的危害。在生產(chǎn)、生活用電中，三相負(fù)載不平衡時，使變壓〕額定電流的25%.此外，三相負(fù)載不平衡運行會造成變壓器零序電流過大，局部金屬件升溫增高，甚至?xí)?dǎo)致變壓器燒毀?！?)流，導(dǎo)致中性線增粗。(3〕第三相的負(fù)荷為平均負(fù)荷的狀況下線損增量較大;當(dāng)一相負(fù)荷輕，兩相負(fù)荷重的斷路器的整定值時，斷路器會跳開.5。電壓波動與閃變由于電力系統(tǒng)中存在著很多沖擊性負(fù)荷,在運行過程中頻繁地從系統(tǒng)取用快變動,并且明顯偏離標(biāo)稱電壓值，即產(chǎn)生了電壓波動.的照明電光源中，白熾燈占有相當(dāng)大的比例,白熾燈的光功率與電源電壓的平方成正比，所以受電壓波動影響最大。當(dāng)白熾燈電源的電壓波動在10%左右，并且5～15Hz源的電壓波動造成燈光照度不穩(wěn)定的人眼視覺感反響即是閃變。電壓波動與閃變會引起多種危害，概括起來主要有以下幾方面：疲乏甚至難以忍受而產(chǎn)生煩躁心情，從而降低了工作效率和生活質(zhì)量。使得電視機(jī)畫面亮度頻繁變化以及垂直和水平幅度搖動.(3由此可能影響產(chǎn)品質(zhì)量,嚴(yán)峻時危及設(shè)備本身安全運行?！?)對電壓波動較敏感的工藝過程或試驗結(jié)果產(chǎn)生不良影響。備等工作不正常，或受到損壞。器換相失敗等。瞬態(tài)過電壓和暫態(tài)過電壓20230V，但持續(xù)時間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。其主要緣由及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖,主要由雷電所致。危害：以大規(guī)模集成電路為核心組件的測量、監(jiān)控、保護(hù)、通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域,以大型CMOS集成元件組成的這些電子設(shè)備電子設(shè)備產(chǎn)生誤操作，或者造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)喪失，或臨時癱瘓;嚴(yán)峻時可引起元器件擊穿及電路板燒毀,使整個系統(tǒng)陷于癱瘓。7．電壓跌落〔暫降〕0。5百毫秒。喪失。電壓低于5070％接觸器就會脫扣。溝通接觸器6,VSD90％3調(diào)速電機(jī)(VSD〕直流電機(jī)當(dāng)電壓低于80％時，電機(jī)保護(hù)跳閘。90%2～3作過程中斷.〔5〕周密機(jī)械工具，I/O81％PLC工作.〔6)芯片制造業(yè)當(dāng)電壓低于85％時，芯片被毀，測試儀停頓工作，內(nèi)部電子電路主板故障?！?〕制冷電子掌握器當(dāng)電壓低于80％時,掌握器切除制冷電機(jī)，導(dǎo)致巨大損失。8。供電中斷電力系統(tǒng)供電中斷將使全系統(tǒng)的有功功率和無功功率的平衡遭到破壞,系統(tǒng)甚至危及人身和設(shè)備安全，從而給國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)峻損失。例如,供電中斷時間15min,故；電氣化鐵路一旦供電中斷，電氣機(jī)車無法運行，嚴(yán)峻影響游客及貨物運輸;交通信號供電中斷，會造成交通堵塞甚至交通癱瘓等。六、電能質(zhì)量問題抑制量問題的原則和措施為：電能質(zhì)量問題抑制的現(xiàn)狀：先污染，后治理電能質(zhì)量問題抑制的原則：就地治理，誰污染，誰治理電能質(zhì)量問題抑制的相關(guān)部門:供電方，用電方電能質(zhì)量問題抑制的法規(guī)依據(jù)：電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)GB12325—2023GB12326-2023GB/T14549-1993GB/T15543—1995GB/T15945-1995GB/T18481-2023七、電能質(zhì)量掌握技術(shù)1定義：改善輸配電網(wǎng)電能質(zhì)量的技術(shù)稱之為電能質(zhì)量掌握技術(shù)?！睩lexibleACTransmissionSystems，F(xiàn)ACTS〕技術(shù)和用戶定制電力(CustomPower，CP)技術(shù).FACTS：FACTS的潮流和提高輸電線路的輸送力量,以保證輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量.CP：CP性和電能質(zhì)量.要進(jìn)展方向,其應(yīng)用將會越來越廣泛。22。1概述用戶電力問題:電力負(fù)荷的非線性，沖擊性和不對稱性引起的諧波、電壓波動與閃變和三相電壓不平衡及短路引起的短時電壓凹陷等用戶電力問題越來越嚴(yán)峻。術(shù)，快速動態(tài)電壓恢復(fù)技術(shù)等。2.2無源濾波器除了濾除諧波外還在基波電壓的作用下向諧波負(fù)載供給容性基調(diào)諧濾波器、二階高通濾波器、C2.2。1單調(diào)諧濾波器為濾波電容器與空心濾波電抗器直接串聯(lián)的一階節(jié)能型式，依據(jù)R,L，C串聯(lián)諧振原理構(gòu)成，接線形式上一般承受圖(2-1(a〕〕的接線,馬上濾波電抗器和電阻均接于電容器的低壓側(cè)，整個濾波器承受星形接法，并且在單調(diào)諧濾波器中的中性點加裝避雷器接地。單調(diào)諧濾波器對32.2.2二階高通濾波器高通濾波器在高于某個頻率之后很寬的頻帶范圍內(nèi)呈低阻抗特性 ,用以吸取假設(shè)干較高次的諧波。高通濾波器有一階減幅型、二階減幅型、三階減C2-1〔b)〕性較好，構(gòu)造也簡潔，故工程上用的較多。。3CC型高通濾波電抗器品質(zhì)因數(shù)高，但濾波器品質(zhì)因數(shù)不高,通頻帶寬，特別適合〔濾波器的基波有功損耗小?！?-1(c)〕C111 C C C11L C C C C 1 1LC L C

C CCCC1 1 1 1CCCLRC 2LRLL1 2LL1R L 11L

1 R1R

RL RCCCCRL

C CC 2C 22 2L2 R CRR CL LR 2 22 2

R LR L2(c)

R3(e)(a)

RR32

Rb2) (c〕(a) (a) (b) (b) (c) (c) (d) (d) (e) (e) (f) (f)2—1無源濾波器構(gòu)造圖有源濾波器2.3。1法濾除非特征諧波，只能補償固定的無功電流，體積大。PWMPowerFilters),APF1983APFAPF償各次諧波;可實現(xiàn)動態(tài)無功補償和電壓電流的平衡掌握；特性不受電源阻抗影響；不存在諧振問題；體積小，重量輕。2.3.2器與溝通系統(tǒng)相連，并需要電解電容來維持直流電壓的恒定和無紋波。I IAC非線性負(fù)載AC非線性負(fù)載ICVdc并聯(lián)有源電力濾波器通過注入與諧波電流大小相等方向相反的補償電流對無功補償，不平衡電流補償，抑制電壓閃變。。3串聯(lián)有源濾波器串聯(lián)有源濾波器也是用PWM電壓源逆變器來實現(xiàn)的，它需要通過耦合變器ups競爭對手。IISVIACAFL非線性負(fù)載溝通電源有源濾波器可以做的很小。串聯(lián)型有源濾波器不適用于作無功補償。諧波源及濾波器分類諧波源分電壓源型非線性負(fù)荷和電流源型非線性負(fù)荷兩類無源濾波器分并聯(lián)型無源濾波器PPFSPF222。5SVC2.5.1沖擊性負(fù)荷無功功率的快速變化造成電壓波動和閃變，不對稱負(fù)荷三相無〔StaticVarCompensation，SVC〕是近年進(jìn)展起來的一種動態(tài)無功補償裝置。這里的“靜止“SVC,SVCmsSVC〕而快速的掌握無功功率，并通過吸取或壓?！?)目前，SVC尼，從而改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定；維持輸電線的電壓,提高線路輸送有功的能力。在配電系統(tǒng)，動態(tài)調(diào)整功率因數(shù),減小無功引起的損耗;穩(wěn)定和平衡系統(tǒng)電壓，抑制電壓波動和閃變及三相電壓不平衡；限制流向系統(tǒng)的諧波電流等。。5.2SVC閘管投切電容器TSC〔ThyristorSwitchCapacitor晶閘管投切電抗器TSR〔ThyristorSwitch Reactor(ThyristorTCRTSC.(2〕PPF(Parallel-Passivefilter〕：TCR+PPF,TCR+TSC，TCR+TSC+PPF；TCT+PPF，TCT+TSC，TCT+TSC+PPFTSR+PPFTSR+TSCTSCR+TSC+PPF.TCR+PPF。2。62.6。1根底數(shù)據(jù)收集根底數(shù)據(jù)收集23確定方案參數(shù)計算4N4仿真5求？Y6工程設(shè)計2.6。2根底數(shù)據(jù)收集、計算:電纜參數(shù)、饋線負(fù)荷參數(shù)。實際測量或計算電壓母線的總進(jìn)線的功率參數(shù)〔有功功率、無功功率、功和總進(jìn)線與主要干擾線路諧波電流的最大值、最小值、平均值、95％概率大值.電能質(zhì)量參數(shù)超標(biāo)及無功罰款狀況。0。95等。2。6.3PPF和各濾波支路類型及無功補償量，確定是否需要輔以APF及SPF.(2〕依據(jù)無功波動數(shù)據(jù)及對電壓波動和閃變的影響,確定是否需要承受無功可控PPFSVCSVC2.6。4PPF量及濾波元件參數(shù)假設(shè)需要APF，則對APF超標(biāo)，則依據(jù)無功波動數(shù)據(jù)和三相負(fù)荷不平衡的數(shù)據(jù)計算SVC的主要參數(shù)〔4)依據(jù)各濾波與補償支路元件參數(shù)及電源系統(tǒng)參數(shù)、配電電纜參數(shù)、負(fù)頻特性和相頻特性;諧波電流系數(shù)(注入系統(tǒng)的諧波電流與諧波發(fā)生量的比仿真計算SVC投入前后無功波動參數(shù)和由此引起的電壓變動和電壓閃變參5〕依據(jù)如下原則推斷設(shè)計方案是否合理:諧波電流系數(shù)足以保證注入系統(tǒng)的特征諧波電流及母線諧波電壓在規(guī)定〔5MW〕6，10。各濾波支路的調(diào)諧頻率小于對應(yīng)特征諧波頻率的2％到5％。避開的長時間的運行方式，除了保證配電網(wǎng)的安全外還要保證配電網(wǎng)的電能質(zhì)量2。72。7.1使用絕緣性能好的電力電纜；減小過電壓和過電流對電力電纜絕緣的破壞；定時修剪輸電線路下的樹枝;定時清洗絕緣子串;2。7.2減小短路故障去除時間可以減小電壓凹陷的持續(xù)時間。如增加線路的重合閘、選擇適宜的斷路器等。降低設(shè)備對電壓凹陷的敏感度用戶在設(shè)備訂貨時,應(yīng)向訂貨商提出設(shè)備對電壓凹陷的敏感度的技術(shù)指標(biāo)要求,使設(shè)備具備肯定的抗電壓凹陷力量.。4DVR應(yīng)用DVR(Dynamicvoltagerestorer〕即動態(tài)電壓恢復(fù)器是保證電壓凹陷之間,當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生凹陷時，DVR不到系統(tǒng)電壓凹陷，確保對敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量。動態(tài)電壓恢復(fù)器工作原理示意圖VSYS系統(tǒng)電源

NJ1

NJ0(1)

VLOADNJ2 敏感負(fù)荷BoosterTransformer(2)L1 Cap整流充電 逆變器VLOADVSYS+VLOADVSYSVDVR飛輪儲能的動態(tài)不斷電系統(tǒng)業(yè)，座落于上海浦東張江高科技園區(qū)內(nèi)。該半導(dǎo)體公司存在以電壓凹陷為主的動態(tài)電能質(zhì)量問題,每次動態(tài)電壓波動的損失為幾十至幾百片芯片；2.7。6固態(tài)快速切換開關(guān)〔STS〕上海華虹NECCMOS20%，20ms就會產(chǎn)生大量生產(chǎn)設(shè)備的停機(jī)事故.為保證該公司的電能質(zhì)量，該公司承受了快速固態(tài)切換開關(guān)技術(shù)。該裝置具有如下特征：可控硅開關(guān)和特別設(shè)計的真空斷路器。通常狀態(tài)下電源通過真空斷路器SSTS快速切換,特別設(shè)