电能质量基础知识培训.ppt

电能质量基础知识培训电能质量基础知识培训培训人：徐翔培训人：徐翔1n电能质量概述电能质量概述n无功与谐波基础知识无功与谐波基础知识n无功补偿与谐波治理方法无功补偿与谐波治理方法n某移动基站谐波治理案例某移动基站谐波治理案例报告内容：报告内容：2一、电能质量概述一、电能质量概述(1/5)(1/5)n电能质量的定义电能质量的定义：从普遍意义上讲是指供电和用电质量，包括电压、电流从普遍意义上讲是指供电和用电质量，包括电压、电流的稳态及暂态量值的偏差、的稳态及暂态量值的偏差、波形畸变的程度波形畸变的程度、闪变等对、闪变等对用电设备造成影响的用电设备造成影响的供电和用电问题供电和用电问题。3一、电能质量概述一、电能质量概述(2/5)(2/5)n电能质量问题：电能质量问题：频率问题频率问题幅度问题幅度问题稳态过电压、欠电压及电压波动稳态过电压、欠电压及电压波动闪变（闪变（flickerflicker）幅度暂低（幅度暂低（sagsag，dipdip）、暂高（）、暂高（swellswell）、短时中断）、短时中断（interruptioninterruption）4波形和对称度波形和对称度三相不对称三相不对称谐波谐波（harmonicsharmonics）暂态脉冲（暂态脉冲（impulsive transientimpulsive transient）暂态振荡（暂态振荡（oscillatory transientoscillatory transient）一、电能质量概述一、电能质量概述(3/5)(3/5)5一、电能质量概述一、电能质量概述(4/5)(4/5)n产生电能质量问题的原因产生电能质量问题的原因干扰性负荷干扰性负荷电弧炉、整流器、单相负荷及各种电源的变换设备等电弧炉、整流器、单相负荷及各种电源的变换设备等雷电、外力破坏雷电、外力破坏配电设备故障、电容器投切、线路切换等配电设备故障、电容器投切、线路切换等6n国家标准国家标准供电电压允许偏差(GB12325-1990)(GB12325-1990)电压允许波动和闪变(GB12326-2000)(GB12326-2000)公用电网谐波(GB/T14549-1993)(GB/T14549-1993)三相电压允许不平衡度(GB/T15543-1995)(GB/T15543-1995)电力系统频率允许偏差(GB/T15945-1995)(GB/T15945-1995)暂态过电压和瞬态过电压(GB/T18481-2001)(GB/T18481-2001)一、电能质量概述一、电能质量概述(5/5)(5/5)7二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(1/10)(1/10)n无功功率无功功率无功功率只是描述了能量交换的幅度，而并不消耗功率。无功功无功功率只是描述了能量交换的幅度，而并不消耗功率。无功功率分为感性无功与容性无功，感性无功表现为电压相位超前电流率分为感性无功与容性无功，感性无功表现为电压相位超前电流相位，容性无功表现为电压相位滞后电流相位。相位，容性无功表现为电压相位滞后电流相位。8增加额外电费增加额外电费根据根据功率因数调整电费办法功率因数调整电费办法：功率因数标准为功率因数标准为0.9时时(大于大于160kVA的用户的用户)若功率因数若功率因数大于大于0.9小于小于0.95，则每增加，则每增加0.01减收减收0.15%的电费，大的电费，大于于0.95减收减收0.75%的电费；若功率因数小于的电费；若功率因数小于0.9大于大于0.64，则每减少，则每减少0.01增收增收0.5%的电费，如为的电费，如为0.8则要加收则要加收5%的电费的电费奖的少，罚的多奖的少，罚的多二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(2/10)(2/10)9二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(3/10)(3/10)任何频率任何频率“f f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现：总和被表现：n频率频率f f的正弦分量，被称为基波（的正弦分量，被称为基波（h1h1）n有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hnhn）.ndc(dc(直流直流)分量（如果可用）。分量（如果可用）。例：例：-1.5-1-0.500.511.5 =-1.5-1-0.500.511.5 +-1.5-1-0.500.511.5n谐波由非线性负载产生谐波由非线性负载产生n谐波谐波10线性负载：线性负载：如果一个负载引导的电流与电源电如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它被称为是压有相同的波形，则它被称为是“线性的线性的”。这样的电流没有谐波分。这样的电流没有谐波分量。这样的负载的例子：电热器中量。这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下的电感负载的电阻器，稳态条件下的电感负载（电动机，变压器等）（电动机，变压器等）非线性负载：非线性负载：如果一个负载引导的电流与电源电如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则它被称为是压没有相同的波形，则它被称为是“非线性的非线性的”。这样的电流有高谐。这样的电流有高谐波分量。谐波频谱取决于负载的类波分量。谐波频谱取决于负载的类型。型。例如例如 开关电源，整流电源，变压器开关电源，整流电源，变压器U UI IU UI I二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(4/10)(4/10)11次数：次数：谐波次数定义为谐波频率等于基波频谐波次数定义为谐波频率等于基波频率的倍数。率的倍数。例：对于例：对于50Hz50Hz的基波，第的基波，第3 3次谐波的次谐波的频率是频率是3 x 50=150 Hz3 x 50=150 Hz。频谱：频谱：信号的频谱是作为不同的谐波各自频信号的频谱是作为不同的谐波各自频率的功能显示它们的振幅的图。率的功能显示它们的振幅的图。作为基波的的谐波频谱作为基波的的谐波频谱050100二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(5/10)(5/10)12谐波源设备：谐波源设备：n变速传动装置（包括交流、直流）变速传动装置（包括交流、直流）n晶闸管控制设备晶闸管控制设备n固定式换流器（固定式换流器（UPS不间断电源）不间断电源）n电弧炉电弧炉n电焊机电焊机n大建筑物中的照明大建筑物中的照明n饱和电抗器（变压器）饱和电抗器（变压器）二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(6/10)(6/10)13变速传动装置变速传动装置（交流）交流）n3相负载主要产生相负载主要产生5，7，11，13次谐波电流次谐波电流n电流是不稳定的电流是不稳定的图（无电抗器）图（无电抗器）C Ce1e1e2e2e3e3Mi I Is-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5n谐波电流是谐波电流是S=23kVA THDI=124%n谐波频谱谐波频谱81%H5,74%H7,42%H11,.H11H13H17H19H21H23050100H1H5H7二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(7/10)(7/10)14整流器等：整流器等：n3相负载主要产生相负载主要产生5，7，11，13次谐波电流次谐波电流n谐波电流是谐波电流是S=122kVA THDI=30%n谐波频谱谐波频谱28%H5,5%H7,6%H11,.图图L1L1Z ZC CL2L2L3L3e1e1e2e2e3e3i I Is020406080100H1H5H7H11H13H17H19 二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(8/10)(8/10)15电焊机：电焊机：n单相负载单相负载n有较高有较高3次谐波含量的电流次谐波含量的电流n谐波电流是谐波电流是Is=341A THDI=58%n谐波频谱谐波频谱56%H3,9%H5,9%H7,.H11H13H15020406080100H1H3H5H7H9二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(9/10)(9/10)16照明（荧光灯）：照明（荧光灯）：n单相负载单相负载n有较高有较高3次谐波含量的电流次谐波含量的电流n谐波电流是谐波电流是S=22kVAn谐波频谱谐波频谱51%H3,11%H5,8%H9,.FLFLIsH11020406080100H1H3H5H7H9二、无功与谐波的基础知识二、无功与谐波的基础知识(10/10)(10/10)17三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(1/24)(1/24)同步调相机同步调相机并联电容器并联电容器静止无功补偿装置静止无功补偿装置(SVC)(SVC)晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器(TCR)(TCR)晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器(TSC)(TSC)饱和电抗器饱和电抗器静止无功发生器静止无功发生器(SVG)(SVG)n无功治理方法介绍无功治理方法介绍18并联电容器并联电容器提供超前的无功提供超前的无功补偿量固定补偿量固定三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(2/24)(2/24)19通常与固定电容器配合通常与固定电容器配合电容器提供超前的无功电容器提供超前的无功TCRTCR提供滞后的无功，大小连续提供滞后的无功，大小连续可调可调总体上既可提供超前的无功，总体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功可连续动也可提供滞后的无功可连续动态调节态调节晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器(TCR)(TCR)三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(3/24)(3/24)20提供超前的无功提供超前的无功动态投切动态投切分级调节分级调节晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器(TSC)(TSC)三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(4/24)(4/24)21静止无功发生器静止无功发生器(SVG)(SVG)静止无功发生器（静止无功发生器（SVG：Static Var Generator）的基本原理是指将自换）的基本原理是指将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(5/24)(5/24)22SVGSVG的三种运行模式的三种运行模式:三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(6/24)(6/24)232024/5/8 周三24n响应速度更快响应速度更快SVGSVG响应时间：响应时间：5ms5ms。SVGSVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。SVG特点：特点：n安全性更高安全性更高SVGSVG运行时被控制为电流源，不存在与系统阻抗发生谐运行时被控制为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性振的可能性,安全性更高。安全性更高。n补偿功能多样化，使用同一套补偿功能多样化，使用同一套SVGSVG装置，可以实现装置，可以实现不同的多种补偿功能：不同的多种补偿功能：补偿负载无功补偿负载无功补偿负载谐波补偿负载谐波补偿负载不平衡补偿负载不平衡同时补偿负载无功、谐波和不平衡同时补偿负载无功、谐波和不平衡三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(7/24)(7/24)25n谐波含量极低谐波含量极低SVG采用了采用了PWM技术和多重化技术，与技术和多重化技术，与TCR型型SVC相比，相比，谐波含量极低，对电网不会产生二次污染。谐波含量极低，对电网不会产生二次污染。n占地面积较小占地面积较小SVG采用直接采用直接PWM电流控制技术，其输出电流波形和相位完电流控制技术，其输出电流波形和相位完全可控，全可控，SVG能够在额定感性到额定容性的范围内运行。由能够在额定感性到额定容性的范围内运行。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面的占地面积最大只有相同容量积最大只有相同容量SVC的的50%。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(8/24)(8/24)26几种无功补偿方案比较：几种无功补偿方案比较：三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(9/24)(9/24)27n谐波治理方法谐波治理方法uLCLC无源滤波器无源滤波器单调谐滤波器单调谐滤波器高通滤波器高通滤波器双调谐滤波器双调谐滤波器u有源电力滤波器有源电力滤波器并联型并联型串联型串联型与无源滤波器混合与无源滤波器混合统一电能质量调节器并联型串联型统一电能质量调节器并联型串联型三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(10/24)(10/24)28单调谐滤波器对某一频率的谐波呈现低单调谐滤波器对某一频率的谐波呈现低阻抗，与电网阻抗形成分流的关系，使阻抗，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器。大部分该频率的谐波流入滤波器。uLCLC无源滤波器无源滤波器单调谐滤波器单调谐滤波器高通滤波器高通滤波器双调谐滤波器双调谐滤波器三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(11/24)(11/24)29有源电力滤波器有源电力滤波器并联型并联型三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(12/24)(12/24)30并联型有源滤波器原理简图：并联型有源滤波器原理简图：三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(13/24)(13/24)31有源电力滤波器有源电力滤波器串联型串联型通常用于补偿电压型的谐波源通常用于补偿电压型的谐波源可等效为一个谐波电压源可等效为一个谐波电压源解决电压波形问题解决电压波形问题三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(14/24)(14/24)32安装并联型有源滤波器的非线性负载系统：安装并联型有源滤波器的非线性负载系统：IAHFIAHFActive Active Harmonic FilterHarmonic Filter（有源谐波滤波器）（有源谐波滤波器）V1V1I1I1I1+I1+I5+I5+I7I7V1 1Non-linearNon-linearLoadsLoads（非线性负载）（非线性负载）INL INL TransformerTransformer（变压器）（变压器）HV/LVHV/LVLinear loadsLinear loads（线性负载）（线性负载）E EViViV VIL IL I5+I5+I7I7V1V1三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(15/24)(15/24)33混合型有源滤波器和无源滤波器混合混合型有源滤波器和无源滤波器混合三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(16/24)(16/24)34统一电能质量调节器统一电能质量调节器并联型有源滤波器和串联型有源滤波器的组合并联型有源滤波器和串联型有源滤波器的组合同时解决电压、电流的波形问题同时解决电压、电流的波形问题三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(17/24)(17/24)35n无源电力滤波器优点无源电力滤波器优点结构简单结构简单容易实现容易实现便于维护便于维护成本较低等成本较低等n无源电力滤波器缺点无源电力滤波器缺点单调谐滤波器的谐振频率会因电容、电感参数的偏差或变化而改变单调谐滤波器的谐振频率会因电容、电感参数的偏差或变化而改变电网频率会有一定波动，这将导致滤波器失谐电网频率会有一定波动，这将导致滤波器失谐电网阻抗变化对单调谐滤波器的滤波效果有较大影响电网阻抗变化对单调谐滤波器的滤波效果有较大影响更为严重的是，电网阻抗与滤波装置有发生更为严重的是，电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振并联谐振的可能的可能三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(18/24)(18/24)36n有源电力滤波器的特点有源电力滤波器的特点实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功进行实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应；补偿，对补偿对象的变化有极快的响应；可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节；可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节；补偿无功时不需贮能元件；补偿谐波时所需贮能元件容量也不大；补偿无功时不需贮能元件；补偿谐波时所需贮能元件容量也不大；即使补偿对象电流过大，电力有源滤波器也不会发生过载，并能正常即使补偿对象电流过大，电力有源滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用；发挥补偿作用；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响；能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响；既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。偿。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(19/24)(19/24)37参数参数1：容量容量 与其它三相交流电力设备的容量定义相同，有源电力滤波器装置的容量SAPF为：式中，UAPF和IAPF分别为有源电力滤波器交流侧线电压和线电流的有效值。市售APF大多采用电流标称，如75A对应的容量为50kVA、150A对应100kVA。有源电力滤波器技术参数：有源电力滤波器技术参数：三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(20/24)(20/24)38参数参数2：补偿次数补偿次数 补偿次数只可补偿的谐波次数，国外厂家一般定义2-60次同时可选20种。需注意以下问题：1、弄清负载的谐波电流哪些频次是必须补偿的，若负载的高次谐波电流很小就没有补偿的必要，一般而言25次以上的谐波电流很小。2、不是任何频次电流都可以达到额定值，如：75A的APF出75A的50次谐波电流，任何厂家都做不到。3、APF输出电流的频次分配比例是按典型负载设计的。越是高次电流(13次)以上，输出能力越差。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(21/24)(21/24)39参数参数3：补偿率补偿率 在负载谐波电流处于APF补偿电流范围内时，单台APF谐波补偿率的定义如下：式中，THDiLoad为补偿后负载电流的THD，THDiGrid为补偿后电网电流的THD。1、补偿率是针对典型负载的，不是任何负载时都能达到。起草中的APF国标规定补偿率应85%。2、负载电流的THD及有效值对补偿率有较大影响。3、任何厂家的补偿率都是针对典型负载的，且定义有差别，起草中的APF国标对补偿率的定义及测试方法有明确规定。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(22/24)(22/24)40参数参数4：响应时间响应时间 响应时间是指谐波负载投入后，经过多长时间电网的谐波电流被完全滤除(只有基波)。图(a)给出了电网电流和负载电流的波形；图(b)给出了电网电流和APF输出电流的波形。可看出，负载电流从0到额定电流130A时，经过10ms后APF完全补偿了谐波电流，这证明了APF的响应时间为10ms。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(23/24)(23/24)411、响应时间指的是谐波电流被完全消除所需的时间。瞬时响应时间指的是开始出谐波的时间，有的厂家给出us级的瞬时响应时间和响应时间没有关联。2、响应时间越小跟踪速度越快，可以应用于负载快速波动的场合，达到10ms一般而言就可以应用到电焊机负载中。3、有的厂家给出的不是谐波电流被完全消除所需的时间，可能是消除50-90%谐波所需时间。超过40ms的响应时间不适于负载快速波动的场合。三、无功治理与谐波治理方法三、无功治理与谐波治理方法(24/24)(24/24)42四、某移动基站谐波治理案例（四、某移动基站谐波治理案例（1/31/3）系统配电如图所示：系统配电如图所示：43四、某移动基站谐波治理案例（四、某移动基站谐波治理案例（2/32/3）治理方案如图所示：治理方案如图所示：44四、某移动基站谐波治理案例（四、某移动基站谐波治理案例（3/33/3）治理效果：治理效果：45谢谢大家！谢谢大家！欢迎批评指正！欢迎批评指正！462024/5/8 周三47