“医院行业”配电系统谐波治理案例课件

1、有源滤波器治理谐波案例介绍刘 昀医院配电系统谐波治理（篇）第1页，共45页。产品介绍医院配电系统谐波特点某某医学院附属医院谐波治理方案选择有源滤波器技术特点(优势)有源滤波器安装和调试谐波治理效果评估结论内容概要第2页，共45页。企业使命体现医院配电系统谐波治理的重要性 医院配电系统，主要负载为电子医疗精密设备、照明及变频通风设备、计算机及UPS等。其中大部分为非线性负载，低压配电网上谐波严重。 针对以上情况，治理谐波的目的，首先是确保患者及医护人员的安全，即通过有针对性的谐波污染治理，减少甚至消除其对配电系统的不良影响，保证变压器、电缆、医疗设备的正常运行；其次体现直接经济效益，即保障低压电

2、容补偿系统的正常运行，发挥其应有的作用，降低低压配电系统中谐波总体含量的水平，提高功率因数，减少无功损耗，延长设备使用寿命。 以往，设计院在医院配电系统设计阶段，对谐波治理的“量”这一要素的认识上是模糊，因为谐波的产生和多个谐波源的叠加都不是稳定的。所以往往都是在医院投入运营后，用户发现电源质量问题才想到解决谐波、改善电源质量。作为谐波治理专业公司，有长久的谐波测量和治理经验。我们治理谐波的目标是：满足或超过国家现行标准。 第3页，共45页。1. 医院配电系统谐波特点通风设备：为了节约能源，大部分医院采用变频风机及空调。变频器是非常典型的谐波源，其谐波电流总畸变率达33%以上，会产生大量的5、

3、7、11、13等（6n1）次谐波；照明设备：由于医院内部使用大量的节能荧光灯具，因此会产生大量的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的三次谐波电流；电子医疗精密设备：大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9等（2n1）次谐波；计算机及UPS电源：目前医院均为计算机网络管理，计算机的数量很多，此外服务器等数据存储系统必须配有UPS等备用电源。个人电脑的开关电源及UPS均为谐波源，会产生大量的3、5、7、9等（2n1）次谐波。1.1 谐波源负载分类第4页，共45页。谐波源负载种类谐波电流次数谐波电流畸变率照明灯具、

4、电脑等3，5，7，9等（2n+1）次（710）%电子检测设备、手术室、伽玛刀等3，5，7，9等（2n+1）次（1015）%CT、磁共振、DSA等3，5，7，9等（2n+1）次（3040）%加速器、X 光机、胃肠机等3，5，7，9等（2n+1）次（5060）%UPS、变频通风设备、电梯等5，7，9，11等（6n+1）次(2535）%1. 医院配电系统谐波特点1.2 负载谐波电流经验数值第5页，共45页。谐波电流谐波电压PC电脑诊断设备监视设备TV显示屏elec电子设备阻抗谐波的危害谐波电流过大谐波源线路过载、跳闸功率因数过低电源供电能力降低供电部门罚款1. 医院配电系统谐波特点1.3 谐波电流传

5、输方向第6页，共45页。1. 医院配电系统谐波特点谐波电流的危害:引起电流失真产生谐波磁场，干扰数据通訊，引起电脑网络管理系统异常或死机。引起电子医疗设备过热影响精密医疗设备的使用性能和精度谐波电压的危害:引起供电电压失真影响配电系统中继电保护设备的正常工作，引起异常断电或故障扩大。缩短电子设备使用寿命影响精密医疗设备的使用性能和精度1.4 谐波电流/电压的直接危害第7页，共45页。谐波使配电系统功率因数过低难以提升电能利用率低 - 谐波存在时，系统有效功率因数变为：PF=COS/(1+THDI2)1/2，从公式中可以看出：即使在负载功率因数为0.95的情况下，如果存在谐波，有效的功率因数就会

6、降低。假设谐波电流总畸变率为：THDI=40%，有效功率因数就变为：PF=0.95/(1+0.42)1/2=0.882 - 电能源的利用率为： 0.8820.95 = 92.84% - 谐波引起的直接电能浪费为1-92.84%=7.16%增加供配电系统传输能耗引起电气设备震动引起电缆、电机等用电设备附加发热1. 医院配电系统谐波特点1.5 谐波对能耗的影响第8页，共45页。有源滤波器能帮助我们实现有源滤波器第9页，共45页。项目名称2. 某某医学院附属医院案例项目简介某某医学院附属医院有源滤波装置单位名称某某医学院第一附属医院承建单位某某公司设备名称有源滤波器2.1 项目说明第10页，共45页

7、。2. 某某医学院附属医院案例项目简介（1）本院变电所（低压系统）包括： - 能源中心变电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线） - 门诊医技变配电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线） - 病房手术楼变配电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线） - 病房急诊楼变配电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线）（2）谐波治理形式： 考虑到各种谐波源负载比较分散，必须在低压母线上进行集中治理谐波（3）有源滤波器容量选择： 根据估算，低压系统共配置有源滤波器如下： - 门诊医技变配电所、段低压母线各配备一台150A的有源滤波器 - 病房手术楼变配电所、段低压母线各配备一台150A的有源滤

8、波器 - 病房急诊楼变配电所、段低压母线各配备一台120A的有源滤波器2.2 项目概况第11页，共45页。2. 某某医学院附属医院案例项目简介2.3 系统单线图第12页，共45页。2. 某某医学院附属医院案例项目简介有源滤波器2.4 完工图片资料第13页，共45页。3. 谐波治理方案选择 谐波电流频谱范围宽(349次)，不适宜进行固定频次滤波；谐波电流畸变率很高，设备的自然功率因数也很高；医院内电子设备、医技设备很多，这些设备对谐波很敏感；医院系统白昼工作负荷相差很大，白昼间谐波电流和电压畸变变化很大，不适宜进行固定容量滤波。3.1. 医院配电系统谐波源负载特点第14页，共45页。3.2.1

9、有源滤波和无源滤波工作原理和组成部件比较LC无源滤波器传统的L-C谐振技术：采用电容和电抗组成某次谐波低通回路，减弱谐波电流对其他设备的危害。现代的数字信号采集、处理技术和先进的IGBT 转换技术：主动注入反相谐波电流。有源滤波器3.2. 无源滤波与有源滤波技术比较3. 谐波治理方案选择 第15页，共45页。57113.2.2 有源滤波和无源滤波滤波范围比较LC无源滤波器每一次谐波成分需要一个滤波回路，滤除次数非常有限。单机可滤除2-51次全频谱谐波电流有源滤波器ReSineAPC3. 谐波治理方案选择 第16页，共45页。电容器的运行电流增大温升增高、压力增大与系统产生并联谐振与系统产生串联

10、谐振易于放大系统谐波含量，扩大谐波危害无谐振隐患3.2.3 有源滤波和无源滤波谐振隐患比较LC无源滤波器有源滤波器3. 谐波治理方案选择 第17页，共45页。可发生过载损坏系统谐波电流超过RESINE容量后，滤波器保持满负荷输出，但不会发生过载损坏。3. 谐波治理方案选择 3.2.4 有源滤波和无源滤波过载能力比较LC无源滤波器有源滤波器第18页，共45页。有较大级差；响应速度慢，如采用晶闸管，投切速度最小仅达到40毫秒。无负载变化级差；快速跟随变化,响应时间最小可达1毫秒。3. 谐波治理方案选择 3.2.5 有源滤波和无源滤波动态响应速度比较LC无源滤波器有源滤波器第19页，共45页。系统简

11、单、稳定、负载变化不大的谐波源负载系统复杂、负载变化频繁、负载种类多样化的谐波源负载系统3. 谐波治理方案选择 3.2.6 有源滤波和无源滤波适应性比较LC无源滤波器有源滤波器第20页，共45页。基本原理：从补偿对象中检测出谐波电流的频谱和幅值，由补偿装置产生一个与该谐波电流等幅、反相的补偿电流， 以抵消原系统中谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其核心部分是谐波电流发生器与数字控制系统，其工作靠数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(IGBT)来完成。IhIS3. 谐波治理方案选择 3.3 有源滤波器工作原理（之一）第一步：测量谐波源侧谐波电流Ih waveformR

12、eSine第21页，共45页。IhIS3. 谐波治理方案选择 3.3 有源滤波器工作原理（之二）第二步：向电网注入反相等幅谐波电流Ie waveformReSineIe第22页，共45页。IhIS3. 谐波治理方案选择 3.3 有源滤波器工作原理（之三）第三步：谐波电流被抵消，电源只提供基波电流Is waveform有源滤波器Ie第23页，共45页。中国技术中心内部划分为技术策划中心、产品培训中心、功能演示中心、售后服务中心等区域某某公司中国总代4. 有源滤波器技术特点 4.1 有源滤波器介绍第24页，共45页。动态响应速度(全响应时间)； 直接影响滤波效果滤波频谱宽度(全滤波次数)： 滤波能

13、力电流波形控制信号的采集： 滤波精度4. 有源滤波器技术特点 4.2 有源滤波器关键技术指标第25页，共45页。主动的谐波电流注入方式滤波频谱宽(可以滤除251谐波)，设置灵活（251次内可以任意设置只滤除某些次数的谐波）选型简单,调试方便,具有软件设定功能设备自带保护功能，无过载等隐患自适应数字控制响应时间短（1ms）中性线电流可达相电流的3倍CT 安装方式可选:SOURCE / LOAD 两种规格齐全：电压范围覆盖从200V690V适应三相三线与三相四线两种系统要求4.3 有源滤波器技术优势4. 有源滤波器技术特点第26页，共45页。专为适应高可靠性，高利用率供电系统要求设计的模块组合式有

14、源滤波装置：标准模块化结构，灵活的扩容配置（同一柜内，只需增加控制模块和功率模块即可扩展至最大400A；支持多台装置并联运行，且不限于等容量扩容）；高可靠性：属于第二代全数字有源滤波器，冗余设计，一个模块发生故障，只是容量降低，不会影响其它模块的正常工作；通讯方便：标配USB与RS232，可选RS485/422串口、工业以太网等多种通讯接口，易于维护；工作模式：具有全滤波、全无功补偿、滤波+无功补偿等三种工作模式，可通过网络通讯远程设定；功率因数调节能力：具备容性无功吸收和容性无功补偿两种功能；业界最高功率密度，标准19寸47U机柜，最佳优化空间布置，占地面积小；大面积LCD显示屏：便于观察所

15、有的参数及波形。4.4 有源滤波器 独特优势4. 有源滤波器技术特点第27页，共45页。4.5 模块化滤波器内部装配图4. 有源滤波器技术特点第28页，共45页。4.6 有源滤波器的竞争优势除具备上述技术特点方面的优势外，还有如下优势专业优势：世界上最早设计、研发、制造有源滤波器的专业公司之一，并且能提供电能质量全面解决方案；设有专业的谐波治理方案策划技术中心，组建了一支具有专业知识和技能、富有经验的电能测试工程师队伍，购置了多台电能质量测试仪器；服务优势：技术中心能够提供售前、售中、售后的全天候服务，并在多个地区设立办事机构，能够非常及时提供各项服务；产品优势:能够给用户最优惠的价格，常用规

16、格备有库存，供货及时；品牌优势：多年的市场推广达到了40左右的市场占有率，与多个行业或部门联合制定行业规范和行业标准。4. 有源滤波器技术特点第29页，共45页。5. 有源滤波器安装和调试签订合同时间：2008.11安装时间：2009.04（某某）通电初调试时间：2009.09带负荷调试时间：2009.10.21-10.22验收通过时间：2009.11.28-11.30（连续工作48小时）第30页，共45页。6. 谐波治理效果评估有源滤波器投运前后电流、电压、功率对比内容(以门诊医技变电所低压母线侧为例)（1）电能质量及能效数据前后对比（2）电流波形图片前后对比（3）电流、功率、功率因数测量结

17、果图片前后对比（4）谐波电流畸变率测量结果图片前后对比（5）谐波电压畸变率测量结果图片前后对比（6）谐波电流频谱测量结果图片前后对比第31页，共45页。6.1.1 有源滤波器投运前后电能质量对比表6. 谐波治理效果评估测试时间THDIa（%）THDIb（%）THDIc（%）THDUa（%）THDUb（%）THDUc（%）电源侧有功功率（kW）滤波器投运前54.4553.3648.887.717.998.11484滤波器投运后4.444.113.291.621.851.62499谐波抑制比（HAR）12.2612.9814.86谐波治理前，THDU 5% 严重超标负载相同第32页，共45页。6.

18、1.2 有源滤波器投运前后能效数据对比表6. 谐波治理效果评估对比参数滤波器投入前相电流(A)滤波器投入后相电流(A)效能评估（电流降低）%滤波器投入前功率因数滤波器投入后功率因数功率因数提高(%)A相783.4712.89.010.86100.992115.23B相834.0754.39.560.86840.989513.95C相832.0753.09.500.86290.982513.86平均816.5741.49.200.86500.988014.22提高功率因数能提升变压器带负载能力降低电流能减少传输线路电能损耗第33页，共45页。电网标称电压（kV）电压总谐波畸变率（%）各次谐波电压

19、含有率（%）奇次偶次4.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8公用电网谐波电压（相电压）限值6.1.3 谐波评估标准 谐波电流标准分绝对值比较和畸变率比较，详细计算较复杂（略） GB/T14549-1993电能质量 公用电网谐波 6. 谐波治理效果评估0.385.0第34页，共45页。6. 谐波治理效果评估6.1.4 谐波治理效能评估：能效评估：利用滤波器投入前后电源侧电流有效值（含谐波电流）变化率指标衡量节能效果。（在相同负荷条件下对比）投运前电源侧平均电流: Is = 816.5 （A）投运后电源侧平均电流：IL = 741.4 （A）= (816.5 741.4)/816.5 = 9.2%第35页，共45页。6.2 有源滤波器投运前后电流/电压波形对比6. 谐波治理效果评估滤波器投运前滤波器投运后第36页，共45页。6.3 有源滤波器投运前后电流/功率和功率因数对比6. 谐波治理效果评估滤波器投运前滤波器投运后第37页，共45页。6.4 有源