电气行业-电能质量及谐波和中压电能质量的治理ppt课件

1、电能质量及谐波中国矿业大学信电学院目录一、电能质量简介二、谐波三、中压电能质量的治理一、电能质量简介：内容及规范nGB/T 12325-2003 GB/T 12325-2003 电能质量电能质量 供电电压允许偏向；供电电压允许偏向；nGB 12326-2000 GB 12326-2000 电能质量电能质量 电压动摇和闪变电压动摇和闪变; ;nGB/T 15543-1995 GB/T 15543-1995 电能质量电能质量 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度; ;nGB/T 15945-1995 GB/T 15945-1995 电能质量电能质量 电力系统频率允许偏向电力系统频率允许偏向;

2、;nGB/T 14549-1993 GB/T 14549-1993 电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波; ;一、电能质量简介： 供电电压允许偏向n电压偏向计算：n供电电压的允许偏向：n135kV及以上供电电压正、负偏向的绝对值之和不超越标称系统电压的 10；注：如供电电压上下偏向同号均为正或负时，按较大的偏向绝对值作为衡量根据。n2 10kV及以下三相供电电压允许偏向为标称系统电压的 7 。n3220V单相供电电压允许偏向为标称系统电压的+7 、10 。n4对供电电压允许偏向有特殊要求的用户，由供用电双方协议确定。100实测电压标称系统电压电压偏差(%)%标称系统电压一、电能质量简介：

3、电压动摇和闪变l 电压变动特性d(t)：电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的百分数表示。l 电压变动d：电压变动特性d(t)上，相邻两个极值电压之差。l 电压变动频度r：单位时间内电压变动的次数(电压由大到小或由小到大各算一次变动)。同一方向的假设干次变动，如间隔时间小于30 ms，那么算一次变动。l 电压动摇：电压方均根值一系列的变动或延续的改动。电压变动频度r次/小时电压变动d的限值低 压、中压高 压r1431r 1032.510r 10021.5100r 10001.251电力系统公共衔接点或动摇负荷用户引起的公共衔接点电压变动限值电力系统公共衔接点或动摇负荷用户引起的公共衔接点

4、电压变动限值一、电能质量简介：电压动摇和闪变(续)l 闪变时间t: 一个有时间量纲的值，表示电压变动的闪变影响，和波形、幅值以及频度均有关。l 闪变：灯光照度不稳定呵斥的视感。l 短时间闪变值Pst: 衡量短时间(假设干分钟)内闪变强弱的一个统计量值。l 长时间闪变值Plt: 由 短时间闪变值推算出，反映长时间(假设干小时)闪变强弱的量值。电压等级低压中压高压短时间闪变值1.00.9(1.0)0.8长时间闪变值0.80.7(0.8)0.6注：短、长时间闪变值每次丈量周期10min 、2小时；中压括号中的值仅适用于公共衔接点衔接的一切用户为同电压级的用户场所。电力系统公共衔接点各级电压下的闪变限

5、值电力系统公共衔接点各级电压下的闪变限值电能质量简介三相电压允许不平衡度电能质量简介电力系统频率允许偏向l电力系统频率允许偏向：正常允许0.2Hz，当系统容量较小时允许0.5Hz 。l用户冲击负荷引起的系统频率变动普通不得超越0.2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的交全、稳定运转以及正常供电。电能质量简介公用电网谐波l 总谐波畸变率(THD)：周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。分为电压总谐波畸变率与电流总谐波畸变率。公用电网谐波电压公用电网谐波电压(相电压相电压)限值限值电网标称电压kV电

6、压总谐波畸变率各次谐波电压含有率奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8电能质量简介公用电网谐波续l 公共衔接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超越表2中规定的允许值。当公共衔接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，表2中的谐波电流允许值应进展换算即：各次谐波电流分量各次谐波电流允许值*(公共衔接点的最小短路容量/基准短路容量)。二、谐波：谐波的产生非线性负载产生谐波：工业用易产生谐波设备：直流调速器、变频调速器、不延续电源系统UPS、 现代照明系统、焊接安装 、感应加热炉、整流器、饱和变压器等。民用易产生

7、谐波设备：电视机、空调、计算机、日光灯、电冰箱等 。谐波流向：谐波电流主要流过电容器。谐波电流也流过电网。谐波电流的流动导致谐波电压。谐波也注入其他接入同一电网总线的线性负载。注入电网的谐波也会流向联网的其他用户。二、谐波：三相整流产生的谐波l三相整流设备产生的谐波电流，其谐波次数可按如下公式求得：lN = fn / f1 = K*P1l 公式中：l N = 谐波次数；l fn = 谐波电流频率 ； f1 = 基波电流频率 ； l K = 1，2，3， ； P = 整流设备的波头数6、12、24。l 例如：6 波头的整流器将产生 5，7，11，13 次谐波。l三相整流设备产生的谐波电流值可按如

8、下公式求得：lIn = I1 / Nl 公式中：l In = N 次谐波的电流值 ； I1 = 基波电流值； N = 谐波次数。l 二、谐波：谐波的种类l 特性谐波：l 与相关回路构造相关.l 有规律的谐波次数.l 谐波频率可由公式 k*p+1 ; k = 1,2,3得到.l 谐波频率呈规律性.l 非特性谐波：l 由频率转换设备产生.l 系统不平衡 (电压和感抗)l 3次谐波零序谐波：l 3*(2n+1) ,n = 0,1,2 例如 3,9,15,21. 等.l 主要影响零序.l 添加零相电流.二、谐波：谐波的相序1l 每一谐波的相序都有关于基波的联络.l 按商定基波被设定为正相序.l 一切高

9、次谐波都有相对于基波的正、负或是零相序.l 二、谐波：谐波的相序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 谐波谐波 -120o 0o +120o 因此二次谐波作为负序分量运转因此二次谐波作为负序分量运转.YRBYRB负序二、谐波：谐波的相序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 谐波谐波 +0o 0o -0o 因此三次谐波作为零序分量运转因此三次谐波作为零序分量运转.YRBRYB二、谐波

10、：谐波的相序4谐波次序谐波次序123456789相序相序+-0+-0+-0正序正序负序负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整除整除每一谐波的相序算法及陈列：二、谐波：谐波的相序4各序谐波的特性及危害：正序正序 负序负序零序零序趋肤效应引起过热趋肤效应引起过热趋肤效应引起过热支持基波与基波对抗在中性点积聚中温过热产生零线发热相对危害较少危害很多呵斥中性线接地和开路情况的缘由二、

11、谐波：对设备的的危害设备种类谐波影响变压器由于趋肤效应添加铜损；谐波高频添加铁损；降低效率。电动机添加铜损，铁损；脉动转矩。电力电缆添加铜损，导致过热。开关安装，继电维护误动或据动。自动控制安装操作不正常。电力电容器由于串联或并联谐振导致电容器过载。通讯设备产生严重干扰。三、中压电能质量的治理：内容及目的l使注入公用电网的谐波电流及公共衔接点的谐波电压在国标限值以内；l提高用户用电的功率因数；l使电压动摇和闪变在国标限值以内；l使电压凹陷、凸起、短时中断的幅值和继续时间在设备允许范围内。l运用户设备在电磁兼容允许范围内平安经济运转，把对电网的干扰限制在国标限值以内。三、中压电能质量的治理：治理

12、设备l无源滤波器FC手动/自动投切，调谐/非调谐l静止型动态无功补偿安装SVC：TSC、TSC+TCRl静止型动态无功补偿安装SVC：FC+TCR、FC+MCRl有源滤波器APFl静止无功发生器SVG(又称静止同步补偿器STATCOM)三、中压电能质量的治理：无源滤波器FCl主要器件：电容器+电抗器+电阻器可选l投切方式：手动、自动l功能：纯补偿非调谐、补偿滤波调谐l滤波原理：采用电力电容器串联适当比例的电抗器，构成针对某一特定频率的低阻抗滤波回路，吸收特定频率的谐波电流，补偿基波无功功率。l适用场所：无功功率大、功率因数低、无功变化不频繁，具有典型特征谐波5，7，11，13次的工业负荷。l优

13、点：构造简单，造价低廉，适宜大规模运用。l缺陷：呼应时间长，两次投切间隔通常要几秒放电时间，不能补偿动态无功；补偿容量遭到电网电压的限制，电网电压越低，输出无功越小，而此时恰恰需求向电网输出无功，以期抬高电网电压程度；只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；投切产生涌流及过电压会对系统会呵斥冲击，补偿精度低。三、中压电能质量的治理:非调谐无源滤波器l非调谐(Detuned)或谐波抑制滤波器：谐振频率fR 最低主谐波频率的90%；例如：fR =214Hz,小于5次谐波的90% .l电抗系数 12.5% 或 14%适用于 3次谐波 ；电抗系数

14、 5.5% 或 7%适用于 5、7次谐波 。l适用于：仅思索无功补偿，且谐波含量小的场所。l参数选择需求留意防止电容器谐波过载。接线原理图三、中压电能质量的治理：调谐无源滤波器l调谐(Tuned)或谐波吸收滤波器：谐振频率 fR在被吸收的谐波频率的10%的范围内；例如：fR =246Hz,吸收 5次谐波。l要滤除 5、7、11 次谐波分别采用 5、7、11 次滤波器。l适用于：思索无功补偿同时需求进展谐波吸收的场所，普通谐波成份固定且无功变化不大。l优点：滤波效果好；l缺陷：无功变化较大时，难以做到补偿与谐波治理的完美结合。5 次7 次11 次接线原理图三、中压电能质量的治理：SVC-TSCl

15、 主要器件：FC+TSC或FC+TSC+TCRl TSC投切方式：晶闸管投切电容器，有晶闸管和二极管反并联及两个晶闸管反并联两种方式。l 冷却方式：水冷、风冷。l 功能：分组补偿电网感性无功，吸收电网中特定频段谐波电流。l 优点：动态跟踪无功变化，跟踪速度可达510ms，不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切，对三相不平衡负荷可以分相补偿。l 缺陷：控制复杂；晶闸管的冷却系统必需带电运转，水冷运转维护本钱高，风冷效率低；本身产生的谐波不可忽视，谐波治理效果不理想；产生电磁辐射污染。l TSCTCR补偿器：以电容器作分级粗调，以电感作相控细调。三、中压电能质量的治理：SVC-FC+TCR/MCRl

16、 主要器件：FC+TCR、FC+MCRl FC+TCR投切方式：FC固定投切，可控硅调理相控电抗器投入比例。l FC+MCR投切方式：FC固定投切，可控硅调理磁控电抗器投入比例。l 冷却方式：水冷、风冷。l 功能：补偿电网感性无功，FC吸收电网中特定频段谐波电流，部分减小无功冲击呵斥的电压动摇与闪变。l 优点：动态跟踪无功变化，跟踪速度可达20ms，不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切。l 缺陷：功耗大；占地面积大；晶闸管的冷却系统必需带电运转，水冷运转维护本钱高，风冷效率低；本身产生的谐波不可忽视，谐波引起电感、电容发热，导致绝缘老化，电容器参数参数变化及损坏；谐波在TCR与FC间流动添加损

17、耗，降低效率；谐波引起电磁兼容问题干扰周围设备；谐波呵斥电磁污染、辐射环保问题。三、中压电能质量的治理： SVC-FC+TCR三、中压电能质量的治理：SVC 续三、中压电能质量的治理：APFl 主要器件：有源滤波器APFl 分类：电压型和电流型；并联型和串联型。适用的为并联电压型。l 原理：利用PWM技术实现的电流发生器,它产生与负载无功(基波与谐波)电流大小相等、方向相反的电流，使注入电网的无功电流为零。功能：谐波治理无功补偿抑制电压骤降抑制闪变。l 优点：无需大容量电容器和电抗器，是一种动态的可控处理方案，可自动地顺应网络和负载的变化，不存在谐振问题，占地面积小 。l 缺陷：单机容量较小，

18、不适宜大容量补偿，高压运用几乎没有，系统造价高。l 适用场所：功率因数高、配电系统复杂、谐波分量复杂的工业负荷。三、中压电能质量的治理：APF-MARSl电能质量有源恢复系统MARSMains Active Restoring System是一种高压有源滤波补偿安装。l主要器件：断路器、变压器、MARS。l原理：利用双桥PWM技术实现的电流发生器，具备有源滤波器的一切优点，同时还能提供双向无功功率补偿，对系统的高频纹波影响最小。l功能：谐波治理无功补偿抑制电压骤降抑制闪变。l适用场所：功率因数高、配电系统复杂、谐波分量复杂、补偿容量大的中高压工业负荷。l特点：自动动态输出各次谐波电流和无功电流

19、，补偿范围广，补偿精度高；是一种动态的可控处理方案，可自动地顺应网络和负载的变化，不存在系统谐振危险；采用双桥PWM技术，对系统的高频纹波影响小；呼应速度快达2ms;单机容量大，技术成熟，适宜大容量高压补偿。三、中压电能质量的治理： APF-MARS续MARS特性：高动态：电流丈量周期20s ，意味着可以足够地补偿各次谐波。直接谐波控制：可以自在地选择谐波次数并对它们直接补偿，这一方法可以以最小的有源滤波容量实现最优的补偿效果。最小电网回馈：两个并联的IGBT桥和同步的切换操作保证了最小的电网回馈。 独立的滤波性能：滤波功能的设置是独立于电网质量和电网阻抗的。无功电流的补偿：可以补偿基波无功电

20、流容性或感性电流，系统补偿谐波剩余的容量都可以用来进展无功补偿。减小电压动摇：在大功率电机启动时，减小电压的动摇。减少闪变：高动态的补偿特征有效地减小闪变。容量比APF大：单机120k-1450kVAr 容量范围。三、中压电能质量的治理： APF-MARS续MARS接线原理图 三、中压电能质量的治理： APF-MARS续MARS补偿无功电流原理-=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无 MARS时的电流MARS 电流系统电流 特点：对无功电流的高动态性补偿；降低系统公共衔接点电流；系统中无谐振危险；载波控制系统不受影响。三、中压电能质量的治理： APF-MARS续MARS补偿谐波电流原理特点：补偿谐波电流，明显改善系统电压波形；降低系统电流; 不产生谐振; 不影响载波信号。无 MARS时的电流系统电流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电流三、中压电能质量的治理：SVGl 静止无功发生器(SVG)又称静止同步补偿器(STATCO