电力谐波治理电能质量改善与节能技术.ppt

电力谐波治理技术应用与节能降耗,深圳市幻方科技发展有限公司,HUANFANGTECHNOLOGIESCO.,LTD.,深圳市幻方科技发展有限公司,通信网络技术领域,电力节能及自动化技术领域,深圳市幻方科技发展有限公司,深圳市幻方科技发展有限公司简介,深圳市幻方科技发展有限公司致力于通讯与电力自动化领域内的研究、投资、技术开发及市场服务，公司以先进的产品、整体技术解决方案及全面综合的服务为用户提供专业、优质的支持。目前公司的服务与产品已广泛应用于以上相关行业、领域，并得到了良好的商誉。幻方科技在移动通讯网络的话音质量改善等领域已有诸多建树，对GSM网络中利用半速率技术及语音增强技术以最低成本建设高质量、高效率的移动精品网络中有独到的研究和技术经验，在GSM及CDMA网络优化方面有具有丰富经验的专业的技术队伍。幻方科技在电力行业主要从事和研究电能的节约和输配电智能化，提供配电系统谐波检测、用电评估及谐波消除，同时提供智能配电系统和变电所二次设备等。公司拥有32名具有大学本科以上学历的高级专业人才，其中博士、硕士10名，以上人员均长期从事于通信、电力领域的研究、开发以及网络设计、工程实施等工作。公司总部位于深圳市泰然科技园，在北京、沈阳、西安等地设有分公司及办事处和技术支持部。公司以诚信为本、以多纳税为荣、以共同提高和发展为目标。地址：深圳市福田区车公庙泰然科技园212栋412室邮编：518040电话真址：,深圳市幻方科技发展有限公司,目录,谐波及其影响各行业的谐波存在情况谐波治理无源滤波器有源滤波器案例,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波的定义,三相整流器电流波形,基波电流波形,谐波电流波形,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波：为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍（IEEE标准）或：谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的n次分量（IEC标准）,产生KP1次谐波,谐波电流波形,频谱图,5次谐波电流波形,7次谐波电流波形,11次谐波电流波形,13次谐波电流波形,深圳市幻方科技发展有限公司,3n+3,3n+2,3n+1,12th谐波,11th谐波,10th谐波,9th谐波,8th谐波,7th谐波,6th谐波,5th谐波,4th谐波,基次,正序,3rd谐波,2nd谐波,零序,负序,可被3整除,被3除余2,被3除余1,谐波相序分类,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波产生,深圳市幻方科技发展有限公司,整流器、充电器、开关电源、调光器、变频调速器、电子计算机、感应电炉、荧光灯、微波炉、电视机、电话、传真机等等,电力系统中要求尽可能由正弦波形的电源供电，但目前电网电压波形往往偏离正弦波而发生畸变，且波形畸变日益严重；电力系统波形畸变原因：各种非线性负荷的增加及大功率换流装置和调压装置的广泛应用,主导设备谐波,深圳市幻方科技发展有限公司,各次谐波的危害,K=1，2，3，4,深圳市幻方科技发展有限公司,Standardtransformerdoesnotcancelharmonics!,NeutralCurrentcirculatinginthedeltawindingOverheating,谐波的危害三次谐波,3次谐波现象变压器过热/降容,深圳市幻方科技发展有限公司,三次(3的倍数次)谐波在中性线上叠加:-从而中性线电流大于相电流危害1)涡流使变压器过热2)中性线必须考虑过载来设计3)熔断器非正常脱扣,谐波的危害,对供电设备的危害：-电力变压器和发电机损耗增大，产生过热损坏；-电缆过热，绝缘老化；-电力电容器介质损耗增大，过热，甚至爆炸；-中线电流增大，过热。对用电设备的危害：伺服电机产生脉动，交流电机产生振动，噪音增大；敏感性负载受干扰，计算机出错，死机；-保护装置异常动作，开关误跳闸；-产生线路传导电磁干扰，数字传输故障，通讯广播间断；-照明设备和显示器产生闪烁。对电网的危害：-电网的品质变坏，波形失真增大，频率改变；-过度地消耗电网中的无功功率和电流有效值；-电网的负担加重，可用容量下降。,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波的危害,能源浪费铜损、铁损、磁通损等增大，导致电能浪费系统功率因数降低消耗无功及有效电流等资源浪费设备过早老化，使用寿命降低损耗加剧，过度浪费增大不必要的设计容量，浪费建设资金等安全隐患过热导致的火灾隐患干扰导致的控制系统的误动、拒动等,深圳市幻方科技发展有限公司,趋肤效应的原理,当交变电流通过导线时，电流密度在导线横截面上的分布将是不均匀的，并且随着电流变化频率的升高，电流将越来越集中于导线的表面附近，导线内部的电流却越来越小，这种现象称为趋肤效应。,深圳市幻方科技发展有限公司,高频交流电流的趋肤效应,导线的可流过电流的有效区域，由于交流电流频率的增长而减小。因为其与它的交叉线段区域成反比,因此高频电线的电阻增加。,R=P*L/A,深圳市幻方科技发展有限公司,各行业电力谐波情况地铁及轨道交通,地铁配电系统中大量应用非线性负荷，主要分为两类：牵引整流逆变装置产生的高次谐波（5次、7次、11次、13次、23次、25次等）变电站、地铁站中的大量非线性负荷（产生3次、5次、7次等谐波）如开关电源、变频调速器、VVVF控制的电梯、风机、冷水机组、现代节能照明（LED等）等等。,深圳市幻方科技发展有限公司,各行业电力谐波情况通信行业及大型数据中心,通信机房的配电系统及负载存在诸多谐波源，除造成能源浪费外，经常发生电容器爆炸、用电设备过热、用电设备及蓄电池等实际使用寿命降低干扰数据、话音信号导致杂音、丢包、误动等现象发生，主要谐波源如下：UPS高频开关整流器变频调速器柴油发电机计算机、服务器变频空调节能灯等,各行业电力谐波情况医院,随着医院系统新型设备的增多，电能质量也逐渐恶化，谐波源及谐波量也较多存在，如：X光机CT机磁共振计算机变频器等,深圳市幻方科技发展有限公司,各行业电力谐波情况汽车制造业,汽车业最大的谐波源主要是焊机，焊机的工作具有随机性、快速性、冲击性的特点，导致谐波大量产生，及无功冲击引起闪变、电压跌落等。自动化程度较高的车间（如涂装等）谐波对于自动化生产线也有较大影响,深圳市幻方科技发展有限公司,各行业电力谐波情况剧场、体育馆,举行大型活动的场馆，除了一般建筑配电系统的谐波外，还有一些特殊的谐波源，导致灯管频闪、导致通信、有线电视等弱电回路产生杂音，甚至发生故障可控硅调光系统大型LED设备等,深圳市幻方科技发展有限公司,各行业电力谐波情况公共场所及各种厂矿,机场电视台计算中心是钢铁/中频炉石油钻井平台、冶炼厂、化纤厂造纸厂、应用大型直流电机的场合等,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波治理的意义-节能与安全,整体PF控制,电压稳定,THD(V)控制,无谐振危害,安全生产,节能,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波污染的度量方法,总谐波畸变率(TotalHarmonicDistortion;THD)其中:I1为基波成份之有效值;Irms为总电流之有效值（真有效值）IH为总谐波电流之有效值,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波治理方法,无源滤波器（PassiveFilter）调谐式无源滤波器-TunedFilter电抗系数：根据谐波次数定制非调谐式安全补偿-DetunedFilter电抗系数：5.5%,7%抑制5次以上谐波12.5%,14%抑制三次以上谐波有源滤波器（ActiveFilter）,深圳市幻方科技发展有限公司,无源滤波器,无源滤波器（PassiveFilter）,深圳市幻方科技发展有限公司,无源滤波器的组成,谐波滤波器由一个串联的电感器(L)和电容器(C)组成。这样的滤波器有唯一的串联谐振频率fR，其值为使电抗器的感抗与电容器的容抗相等的频率.,低于fR滤波器呈容性高于fR滤波器呈感性,深圳市幻方科技发展有限公司,调谐式无源滤波器,深圳市幻方科技发展有限公司,有源滤波器,有源滤波器（ActiveFilter）,深圳市幻方科技发展有限公司,有源滤波器与无源滤波器比较,深圳市幻方科技发展有限公司,必须应用有源滤波器的场合,功率因数高，调谐式滤波器会过补偿，自动投切装置无法投入谐波电流畸变严重（30%)，只能用调谐式或有源滤波治理谐波高次谐波严重对滤波效果要求高还要安装新的谐波源，需要扩容中性线消谐,深圳市幻方科技发展有限公司,选用有源滤波器之六要素,全响应时间全响应时间是代表有源滤波器反映性能好坏的主要参数之一，对于负载更为精密、配电要求更高的场合尤为重要；谐波的产生非常复杂，在瞬间的叠加变化非常大，只有响应时间足够小（直接补偿完全响应时间应小于20ms）的滤波器才能及时跟踪电网谐波，在谐波影响产生之前，真正的有效的完成治理任务。BLUEWAVE响应时间300s，完全响应时间小于20ms,深圳市幻方科技发展有限公司,选用有源滤波器之六要素,过载能力过载能力代表着有源滤波器的耐用程度，直接影响有源滤波器的使用寿命。过载能力越高设备故障率越低。谐波在瞬间的放大经常发生，往往在瞬间超过有源滤波器的额定电流，在此情况下，有源滤波器的过载能力越高，就能更及时地消除谐波，避免过载对有源滤波器的冲击。建议要求过载能力要不小于250%。BLUEWAVE250(10ms),深圳市幻方科技发展有限公司,选用有源滤波器之六要素,体积与结构有源滤波器应充分考虑实施现场工况的具体条件，结构紧凑，体积优化，在考虑充分散热的情况下尽可能少占用安装容积，并实现现场安装形式的多样化；BLUEWAVE是目前体积最小的有源滤波器，并具备壁挂式和并柜等多种安装形式。BLUEWAVE100A尺寸：460720365mm。,深圳市幻方科技发展有限公司,选用有源滤波器之六要素,节能环保有源滤波器本身不属于大功耗用电设备，只是一个能量转换设备。自身的损耗越低，它所能转换的能量就越多，在使用过程中效果就越明显，也才能真正达到节能、环保的绿色要求。BLUEWAVE自损耗100，000小时通过LAN连接（以太网和TCP/IP），可以远程查询和控制使用先进的PC分析工具实现在线网络监控高动态无功补偿的实现，可以节省30%的能量损耗,BLUEWAVE有源滤波器,深圳市幻方科技发展有限公司,BLUEWAVE有源滤波器,深圳市幻方科技发展有限公司,Main,Bus-way1,UPS,Bus-way2,VFD,安全运行有源滤波器与用电设备的连接为并联连接方式，因此有源滤波器为独立运行，其自身故障或投入/切除对所治理的用电系统安全运行无任何影响。,深圳市幻方科技发展有限公司,某地铁低压配电系统电力谐波治理,谐波治理案例,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波治理案例：某地铁电气拓扑,深圳市幻方科技发展有限公司,评估点的电能质量（治理前）,深圳市幻方科技发展有限公司,有源/无源滤波补偿治理,深圳市幻方科技发展有限公司,有源/无源滤波布置,深圳市幻方科技发展有限公司,评估点的电能质量（治理后）,深圳市幻方科技发展有限公司,没有经过治理的电流波形,经过治理的电流波形,谐波治理前后的电流波形比较,深圳市幻方科技发展有限公司,谐波没有治理的谱,谐波治理后的频谱,谐波治理前后的频谱比较,深圳市幻方科技发展有限公司,治理后数据分析,深圳市幻方科技发展有限公司,地铁谐波治理经济效益分析例,某地铁线有20个车站2000kW有功负荷，全线全年电费约为：13824万元人民币。则经谐波治理带来的经济效益评估如下：直接效益一次性投资节约：仅变压器降低一档容量设计，按照每台33kV/0.4kV规格1250kVA变压器比1600kVA变压器价格节约2.5万元人民币计算，整条线路一次性投资节约200万元人民币。运行成本节约：0.4kV系统功率因数由0.8提到0.9，无功损耗减少12%，折算到220/110kV变压器，整条线路功率损耗减少2%，年平均节约电费大约270万元。车站动力用电收益增加：0.4kV系统功率因数由0.8提高到0.9，且谐波干扰减弱，综合考虑变压器容量降低一档的因素，有功输出即车站内商户用电容量可以增加5%，电费收入增加5%。整条线路年增加收入约为600万元人民币。长期间接效益降低设备维护成本，减少设备损耗，减少设备再投资等。谐波滤除后，避免在变压器、电缆上造成的发热损耗导致的设备加速老化而延长设备使用寿命，减少维护、修理、更换备件所发生的费用，则效益更为明显。,深圳市幻方科技发展有限公司,项目总结,从以上分析可以看出，通过电能质量治理，能够解决配电系统的谐波影响、降低系统损耗，使地铁配电系统安全、高效运行，特别是对用电安全要求非常高的用户意义更加重大。电能质量治理不仅在已运行线路的改造方面取得了巨大的经济效益，在地铁新建线路加入谐波治理设计理念，还可以优化系统配置容量，节省大量初期建设投资；,深圳市幻方科技发