电能质量问题解决方案用户说明书

{品质管理品质知识}电能质量问题解决方案用户说明书目录前言1第一章电能质量问题专家解决方案41.1钢铁冶金行业41.2电气化铁道及城市轨道交通行业71.3供热行业81.4制药行业81.5矿业行业91.6电力系统行业101.7有色金属行业111.8硅材料加工行业121.9石化行业141.10烟草行业151.11水泥行业151.12水处理行业161.13纺织行业161.14汽车及船舶制造行业171.15通信行业181.16医院、剧场、体育馆配电系统19第二章TSVC高压静止型动态无功补偿器202.1产品介绍202.2基本原理202.3系统组成212.4技术参数212.5技术优势222.6选型说明232.7应用领域232.8应用案例23第三章TAPF低压有源电力滤波器263.1产品介绍263.2基本原理263.3系统组成263.4技术参数283.5技术优势283.6选型说明293.7应用领域303.8应用案例30第四章TPPF无源电力滤波器314.1产品介绍314.2基本原理314.3技术参数324.4系统组成324.5技术优势334.6选型说明334.7应用领域33第五章TPVC高压并联无功补偿器345.1产品介绍345.2基本原理345.3系统组成345.4技术参数355.5技术优势355.6选型说明355.7应用领域35第六章订货须知36附录一针对电能质量问题的政策法规37附录二南京钛能电气有限公司供电自动化解决方案产品目录38前言前言公司简介和服务于一体的江苏省高新技术企业、软件企业。石油化工、煤炭矿山、冶金钢铁等行业。公司于2005年通过ISO9001:2000质量管理体系认证，2008年通过复评换证审核。公司锐意进取、开拓创新，与清华大学、华中科技大学等科研机构保持长期密切合作，以先进的技术和优质的产品，致力于中国的电网纯净和电气自动化工程，为各工矿企业和电力部门的节能降耗和安全生产做出贡献。电能质量问题解决方案研究背景了很多诸如电力机车、电弧炉、轧钢机等大容量的非线性和冲击性负荷。这些负荷的存在严重恶化了电力系统的运行条件，导致了诸如功率因数低下、电压波动和闪变、三相不平衡、电力谐波问题，面临来自电力公司日益严厉的惩罚制度；另一方面，以精密机械加工、工业过程自动化、数据信息处理设备等为代表的新型工业负荷在电力负荷中的比重越来越大，因1列举了各种类型的电能质量问题以及产生的原因和具体的危害。面临的重大课题之一，受到越来越多的关注。南京钛能电气有限公司一直致力于电能质量整体解决方案的研究。公司依托清华大学在柔性交流输电系统（FACTS形成了具有自主知识产权的先进核心技术，并建立了科学的、完善的现代管理体制。我公司根据用户实际需要，制定最具性价比的解决方案，帮助用户解决现存的电能质量问题，在节能降耗提高生产效率的同时，为用户创造显著的经济和社会效益。目前，我公司所提供的解决方案涵盖了从0.4kV～35kV2列举了电能质量谐波治理和无功补偿方面的主要产品概况，各产品的详细介绍可参考本书第2～5章内容。1前言表1电能质量问题及其主要影响影响类型特征指标产生原因导致后果电机类感性负1、增加了无功和有功损耗；无功功率功率因数载2、来自供电部门的高额罚款（功率因数调非线性负载整电费），加大了企业的生产成本；1、引发局部串并联谐振，使供电中断、电网解裂等；谐波间谐波谐波频谱电压电流畸变率非线性负载固态开关负载2、电容器经常损坏；加速设备绝缘老化；3、断路器灭弧时间延长，影响开断容量；4、变压器、电动机、电力电缆严重发热；5、造成继电保护和自动控制装置误动作；干扰电子仪表计量和通信质量；1、三相电压不对称；2、影响变换器及其控制系统正常工作产生三相不对称不平衡因子三相负荷分布不均匀某些附加的非特征谐波；3、造成旋转电机受到负序磁场作用产生附加振动发热；4、负序电流和负序电压会造成继电保护装置误动或拒动；1、功率因数很低；电压波动和波动幅值电弧炉、电机2、造成电机负荷转矩变化，影响自动化生闪变出现频率类负载启动产线正常工作；3、产生高次谐波，导致电压畸变。陷波值调速驱动器1、计时器计时错误；2、通信干扰；波形、峰值持续时间线路、负载电容器组的投切谐振暂态破坏设备绝缘，损坏电力电子设备；值持续时间闪电点击线路感性电路开合脉冲暂态破坏设备绝缘瞬态电压上升或下降间波形远端发生故障、电机启动敏感负载不能正常运行2前言表2南京钛能电气有限公司电能质量治理产品产品名称电压等级主要功能适用场合典型负载1、动态补偿无功；2、抑制主要次数谐波；适用于冲击性负TSVC静止型动态无功补偿器6～35kV3、抑制电压闪变和波动；4、动态抑制三相不平衡；荷、无功波动大、波动和闪变频繁、谐波污染严重的机车、提升机等5、实时监测系统电场合能质量；61、动态补偿无功；2、动态抑制系统所TAPF有源滤0.4～波器0.69kV有谐波；3、抑制电压闪变和波动；4、动态抑制三相不平衡；56、抑制系统谐振；7、实时监测系统电能质量；适用于负荷变化器无法正常投切、功率因数低的场合UPS、和敏感设备等TPPF无源滤波器0.4～35kV1、手动/自动补偿无功；2、抑制主要次数谐波；3、抑制电压闪变和波动；适用于负荷变化因数低的场合空炉等41、手动/自动补偿适用于负荷变化不需要经常调速的TPVC并联无功补偿器6～35kV无功；2、抑制电压闪变和谐波含量小的场电动机负载如循环波动；合等3第一章电能质量问题专家解决方案：钢铁冶金行业第一章电能质量问题专家解决方案1.1钢铁冶金行业中频炉、矿热炉、压焊机、钢水运送车等设备，它们对电能质量影响很大，下文列举其中具有代表性的几种负载作详细电气特性说明，提供的电能质量解决方案供用户参考。电弧炉负荷特性统交替工作在开路和带载状态，电流时断时续。冶炼后期，由于下方炉料的熔化，造成上层炉料的坍塌，极易导致电极间的突发短路，电流时大时小。据统计，电炉电流的变化范围可达电炉变压器额定电流的0～300%，而频率范围则在0.1Hz～30Hz之间。功率因数低下：为了抑制电压波动和闪变，电炉变压器的短路阻抗甚至高达30%～40%，或者与串联电抗器配合使用。因此，电弧炉负荷属于典型的高感负荷，供电系统的功率因数非常低下，典型值为0.7～0.80.1业不仅需要面对来自电炉部门高额的罚款，而且导致冶炼期延长，生产效率降低，有功损耗增加。25%，一相断弧时可达56%，两相短路并出现第三相断弧时可达86%。波电流，造成谐波污染。据统计，电弧炉的谐波电流成分要为2～723次最大，其平均值可达基波分量的5%～10%。推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器根据实测或者估算的补偿容量选择TSVC静止型动态无功补偿器(技术介绍详见本说明书第二章)，滤波通道一般配置2次、3次、4次和5次。如下图所示：用户收益降低网络损耗，减少来自电力部门的罚款；抑制电压波动和闪变；降低谐波注入水平；降低负序电流注入水平；稳定电压，缩短冶炼时间，提高生产效率；平衡电弧电流，消除三相不平衡；延长冶炼电极的使用寿命；降低能源损耗和成本；

减少原材料的消耗；轧机负荷特性典型的时变负载，有功和无功功率波动大，容易导致电压波动和闪变；传动装置的变频器产生大量谐波，如不进行治理，将流入系统中去，造成变压器、电机、电缆发热、振动，降低使用寿命；功率因数低下；推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器根据实测或者估算的补偿容量选择TSVC静止型动态无功补偿器，滤波通道一般配置34第一章电能质量问题专家解决方案：钢铁冶金行业次、5次、7次和11次。如下图所示：用户收益稳定电压水平，改善设备的运行条件；提高功率因数，降低网络损耗，免受电力部门的罚款；降低能耗，提高设备利用率；消除谐波注入现象，减少设备损耗，防止系统谐振。矿热炉负荷特性一种耗电量巨大的工业电炉。功率因数低下；大多数矿热炉的自然功率因数都在0.7～0.8之间，较低的功率因最高不平衡度可以达到20％以上，冶炼效率的低下；谐波含量较小，一般不超过10%；负荷波动较小；推荐方案:TPVC高压并联无功补偿TPVC高压并联无功补偿的方式来解决，通常是在高压端进行无功补偿。功能，不但能够满足无功补偿的需要，经过滤波，注入电网的谐波也能达到标准。该装置安装无需长时间停产，适用已安装生产中的矿热炉的无功补偿，可杜绝因为功率因数低而被加收的电费力率调整费。用户收益提高功率因数；降低电网不平衡；降低电耗5～20％；提高产量5～10％；5第一章电能质量问题专家解决方案：电气化铁道及城市轨道交通行业1.2电气化铁道及城市轨道交通行业电力牵引负荷电力牵引负荷的电气特性电压波动和闪变。丰富，包括全部的奇次谐波，因此牵引变电站大都需要装设滤波器。较大。同时，变电站空载时会出现“无功反送现象。由于电力部门对无功计量普遍采用“反送正计”的政策。据统计，牵引变电站的月平均功率因数一般在0.6～0.8左右，每年需要面临来自电力部门的巨额罚款。型电气特征。推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器根据实际测算或者估算的补偿容量，选择相应的TSVC静止型动态无功补偿器，滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下图所示：6第一章电能质量问题专家解决方案：电气化铁道及城市轨道交通行业用户收益抑制电压波动和闪变；提高功率因数，降低网络损耗；实时跟踪无功变化，避免无功倒送；实现平衡化补偿，消除三相不平衡；响应速度快，能够消除谐波注入及变化；1.3供热行业负荷分析主要是采用变频传动的锅炉,运行时产生大量的谐波。推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案高次谐波，以达到最佳的治理效果。用户收益有效提升功率因数，避免罚款；

降耗节能，降低生产成本；彻底滤除谐波，提高电机的运行效率；消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性；1.4制药行业负荷分析0.8含量较小。推荐方案：TPVC高压并联无功补偿器在高压侧作无功集中补偿。用户收益提高功率因数，避免电力罚款；

降耗节能，降低生产成本；7第一章电能质量问题专家解决方案：矿业行业1.5矿业行业本行业中，广泛使用矿井提升机、各类粉碎机、破碎机、球磨机、电铲类负载等。提升机负荷特性典型的时变负载，有功和无功功率波动大，容易导致电压波动和闪变；传动装置的变频器产生大量谐波；功率因数低下；推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器根据实测或者估算的补偿容量选择相应的TSVC静止型动态无功补偿器，滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下图所示：用户收益提高电压质量；电压质量的好坏直接关系电气设备的安全运行.提升机直流系统向电网注入谐波电流,使电压正弦波形发生畸变,并引起晶闸管电路触发不同步,电动机力矩不稳,,无功冲击导致电网电压产生波动,对井上下电器设备产生干扰。负载所需的有功功率和无功功率均由电网提供，使变压器和电网线路的损耗增加，提高效率，减少损耗。调控运行，防止过补；以往在煤矿地面变电所设计中，通常在6/10kV母线并接电TCR动态补偿，可根据负载无功的变化进行动态补偿，使电网始终处于最佳状态。8第一章电能质量问题专家解决方案：矿业行业1.6电力系统行业远距离电力传输全球电力目前正在趋向长距离输电，同时带来的问题是高能量损耗。推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器TSVC广泛的证明，即当在不同的电网条件下，为保持一个平衡的电压时，可在电网的一处或多处适合的位置上安装TSVC静止型动态无功补偿器。用户收益稳定弱系统电压减少传输损耗增加传输能力，使现有电网发挥最大效率提高瞬变稳态极限增加小干扰下的阻尼增强电压控制及稳定性缓冲功率振荡

变电站种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保障母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器TSVC提高功率因数的同时，彻底地解决了无功倒送问题。并且，安装新的TSVC时，可以充分利用原有的固定电容器组，只需增加晶闸管相控电抗器(TCR)部分即可，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效方法。9第一章电能质量问题专家解决方案：有色金属行业1.7有色金属行业有色金属提炼和化工行业都要使用电解这一工艺，因而离不开大功率的整流装置。大功率整流器负荷特性负荷波动较小；对大功率三相全控桥6脉整流装置来说，由整流装置产生的谐波占基波的25-33%生的特征谐波为6N±1数为57111317192325次等，以57变压器组带移相绕组并联运行可组成12脉11次、13次、23次、25次等，以11次、13次最大；又受到电压谐波的影响，整流器的换相过程会使电压出现“缺口，影响电压过零点的检测，影响控制触发的同步；谐波使绝缘加速老化，增加电缆发生故障的概率；相重合闸采用较长的无电时间，对系统运行的稳定性不利。功率因数低下；推荐方案：TPPF无源滤波器一般来说，在系统较大的电网，采用TPPF无源滤波装置即可滤除其特征谐波，满足治理的目标。如果电网系统小，谐波治理的目标要求高，除安装大容量无源滤波装置外，可以混合使用小容量的有源滤波器TAPF整流装置系统，我们的专业滤波补偿装置有不同的针对性设计，经过现场的测试，可为用户“量身定做，采取最符合现场实际的治理方案。用户收益提高功率因数，避免电力罚款，减小生产成本；降耗节能，降低生产成本；减小谐波对整流变的影响，保障供电的可靠性和安全性；减小谐波对工艺过程控制系统的影响，保障用户产品的质量；10第一章电能质量问题专家解决方案：硅材料加工行业1.8硅材料加工行业并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先晶炉、中频炉等。其生产工艺通常分为熔融加热单晶多采用直流加热炉。但不论是中频炉还是单晶炉均采用半导体可控整流方式，会产生非常大复杂的生产过程以及后期的精密加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题。铸锭炉负荷特性30%5711131719中又以5、7、11次最为严重。要求；功率因数较低，一般0.8左右；推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案TPPF次谐波由TAPF有源电力滤波器来承担，将会收到良好的效果。用户收益提高功率因数，避免电力罚款，减小生产成本；

降耗节能，降低生产成本；消除系统谐振隐患，保障供电系统的安全性和可靠性稳定系统电压，提高供电质量，提高生产效率；减小谐波对变压器的影响，保障供电的可靠性和安全性；减小谐波对工艺过程控制系统的影响，保障用户产品的高质量；中频炉负荷特性负载谐波含量大，总失真度最高达到了30%以上；基本上属于稳定负载，仅在出炉、升温时会有波动，谐波主要集中在5、7、11、

13、17、19、23次，其中又以5、7、11次最为严重；中频炉一般运行在1KHz～2KHz如571125次的高次谐波也大量存在，具体表现在系统电压上含有

大量毛刺；功率因数非常低，一般在0.7左右，面临高额无功罚款；

电电源质量很差；推荐方案：TPPF无源滤波器11第一章电能质量问题专家解决方案：硅材料加工行业TPPF次谐波由TAPF有源滤波器来承担，将会收到良好的效果。用户收益提高功率因数，避免电力罚款；降耗节能，降低生产成本；消除系统谐振隐患，保障供电系统的安全性和可靠性稳定系统电压，缩短冶炼时间，提高生产效率；减小谐波对中频电源和变压器的影响，保障供电的可靠性和安全性；减小谐波对工艺过程控制系统、计量仪表的影响，保障用户产品的质量；12第一章电能质量问题专家解决方案：硅材料加工行业1.9石化行业负荷分析化、加氢、糠醛等生产线（变频器与UPS用直流电源成套设备；电动机的软起动设备；新型照明灯具（节能灯、采用电子镇流器的日光灯）DCS系统，配电系统的微机监控系统，火灾报警系统以及工厂智能化信息管理系统等。目前存在的主要问题是：1、低压运行功率因数偏低，无功功率消耗较大，需要投入电容补偿，但谐波污染导致电容器投入运行时引起谐振从而造成电容器数倍于自身额定容量的过载损坏，影响到系统的正常运行，因而现行的补偿方法为高压集中补偿，以满足供电部门所要求的功率因数指标。2、大量谐波串入高压侧将导致其他重要的负荷如DCS系统、监控系统等出现异常，影响正常生产生活。推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案在污染严重的低压系统，配置不同滤波系数的组合无源滤波器；在重点负荷，配置动态有源滤波器，以达到最佳的治理效果。用户收益消除系统谐波影响；降耗节能，降低生产成本；提高功率因数，避免无功罚款；增加电容器使用寿命；障时间，降低维护、维修及更换设备的费用消除系统谐振隐患，保障供电系统的安全性和可靠性；稳定电压，减小谐波对工艺过程控制系统的干扰；

保障重要敏感设备安全稳定运行；13第一章电能质量问题专家解决方案：烟草行业/水泥行业1.10烟草行业负荷分析卷烟厂的负荷种类多，包括：均为变频驱动设备，谐波污染严重。动力中心负载：包括风机、水泵等。有大量的变频设备，谐波污染严重。造成严重的电能浪费。推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案在污染严重的低压系统，配置不同滤波系数的组合无源滤波器；在重点负荷，配置动态有源滤波器，以达到最佳的治理效果。用户收益有效提升功率因数，避免罚款；降耗节能，降低生产成本；滤除谐波，保障自动化生产设备的安全可靠运行，提高电机的运行效率；消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性；障时间，降低维护、维修及更换设备的费用1.11水泥行业负荷分析能占总负荷90%以上，电动机节能至关重要。目前小功率通用型变频器在国内水泥厂已普遍应用，大功率高压的泵类和风机负载也开始采用了大功率高压变频器。与此同时，变频器的大量使用也带来了严重的谐波问题。治理好谐波问题，有利于提高供电系统的安全性和可靠性，有利于降低整个配电系统的电力损耗。推荐方案：TPPF无源滤波器集中滤波方案重的场合下配置动态有源滤波器集中补偿，以达到最佳的治理效果。用户收益有效提升功率因数，避免罚款；降耗节能，降低生产成本；彻底滤除谐波，保障自动化生产设备的安全可靠运行，提高电机的运行效率；14第一章电能质量问题专家解决方案：供热行业/制药行业1.12水处理行业负荷分析其中电耗占总能耗的60％-90％。以泵、风机为主要负载。电机节能技术是在污水处理系统中占据重要地位，变频调速技术以改变交流电动机的电源频率来改变交流电动机的速度，是一种较为理想的高效调速装置和节能装置，但大量使用变频器同时也产生了谐波问题。增加了谐波附加损耗；引起变压器、电动机振动、发热等问题，导致使用寿命大大缩短；无功补偿电容器不能正常投切，功率因数低，面临电力部门罚款；推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案高次谐波，以达到最佳的治理效果。用户收益有效提升功率因数，避免罚款；降耗节能，降低生产成本；彻底滤除谐波，保障自动化生产设备的安全可靠运行，提高电机的运行效率；消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性1.13纺织行业负荷分析负载。推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案高次谐波，以达到最佳的治理效果。用户收益有效提升功率因数，避免罚款；

降耗节能，降低生产成本；降低电力运行成本，从而降低生产成本；彻底滤除谐波，保障自动化生产设备的安全可靠运行，提高电机的运行效率；消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性15第一章电能质量问题专家解决方案：汽车及船舶制造行业1.14汽车及船舶制造行业焊机是汽车及船舶制造行业中必不可少的设备。由于焊机工作具有随机性、快速性以及冲击性的特点，使得大量应用焊机的汽车制造行业的电能质量问题及其严重，实践和分析都表明，焊机带来的不仅是谐波问题，还会引起无功冲击引起闪变、电压标面临罚款等等问题。汽车涂装车间、自动化程度比较高的生产车间，谐波对自动化生产线也会产生影响。负荷及系统分析导致了该车间所有变压器负荷电流都存在严重的谐波电流，谐波电流以3、5、7、9、11次为主，400V低压母线的电压总畸变率达到5%以上，电流总畸变率（THD）达到了40％左右，造成400V低压供配电系统电压总谐波畸变率严重超标，并导致了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗。同时，该车间所有变压器负荷电流都存在严重的无功功率需求，部分变压器平均功率因数仅为0.6重不足。在如下方面电能质量问题：无功功率缺额较大谐波电流严重电能损耗大推荐方案：TPVC并联无功补偿+TAPF有源滤波器集中滤波补偿方案

选用并联无功补偿，提升功率因数有源滤波器部分容量分相动态补偿无功功率

有源滤波器部分容量用来滤除谐波果有源部分双向补偿的无功容量足够调节动态变化的无功功率，可以考虑采用TPVC并联无功补偿。用户收益功率因数有效提升，避免罚款；降耗节能，降低生产成本；滤除系统谐波，降低谐波对系统造成的危害，延长设备使用寿命；

电能质量提高，汽车生产设备的安全稳定可靠；

消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性；

避免谐波和无功冲击对电网的影响；1.15通信行业负荷分析电压波动非常敏感，各种电磁干扰会数据交换设备造成影响。16第一章电能质量问题专家解决方案：汽车及船舶制造行业电信建筑中存在大容量的谐波源负载，大部分为单相非线性负荷，包括：UPS电源，单机容量大，大部分为6脉波的UPS不间断电源设备（3、5、7次等)开关电源，主要用于计算机等办公设备供电电源，数量多（3、5、7次等）变频空调、电梯、水泵等，大量使用，变频驱动设备为主要谐波源（5、7次等）推荐方案：TPVC并联无功补偿+TAPF有源滤波器集中滤波补偿方案选用并联无功补偿，提升功率因数由于系统中有大量的3次谐波，所以并联无功补偿TPVC的电抗系数建议选择14%，是安全补偿回路在基波频率下呈容性，补偿基波无功功率，3次以上谐波频率下呈感性，有效抑制3次谐波谐振，保护电容器。UPS和开关电源产生的谐波，避免谐波对重要设备产生的干扰，提高系统容量和使用效率，提高系统的可靠性。用户收益功率因数提升，避免罚款；避免系统谐振，保护无功补偿电容器，保障无功补偿设备的稳定性；有效治理谐波，避免对通信设备造成的干扰；

降耗节能，降低电力运行成本；保障数据中心机房的数据安全；电能质量的高品质，保障了通信设备稳定工作17第一章电能质量问题专家解决方案：医院、剧场、体育馆配电系统1.16医院、剧场、体育馆配电系统医院、剧场和体育场对供电的连续性和可靠性有着非常严格的要求。负荷分析CT机、B超、X现代照明设备、变频空调电梯等。大部分医疗设备对供电质量要求非常高，对电压波动和谐波非常敏感。谐波源负荷分布分散，设备运行时谐波变化大。LED设备等。可控硅调光系统格式目前剧场舞台上的主流调光器，其实际上是一个单相的相位控制交流调压系统，同通过控制可谐波会造成灯光频闪、对通信、有线电视等弱点回路产生杂音，甚至产生故障。推荐方案：TPVC并联无功补偿+TAPF有源滤波器集中滤波补偿方案选用并联补偿装置，提升功率因数。电抗系数建议选择14%，有效抑制3次谐波谐振，保护电容器。备的影响用户收益功率因数提升，避免罚款降耗节能，降低电力运行成本电能质量提高，精密敏感设备运行安全可靠避免由于谐波污染造成的安全隐患；保障各种大型医疗设备高质量供电电源保障一级负荷供电的持续稳定18第二章TSVC高压静止型动态补偿器第二章TSVC高压静止型动态无功补偿器2.1产品介绍TSVC静止无功补偿器，是一种典型的柔性交流输电装置（FACTS）。区别于传统无功补TSVC静止无功补偿器属于动态无功补偿产品，它具有最快10ms的响应速度，是目前高压无功补偿解决方案中技术较为成熟的且响应最快的方式，由于TSVC以可控硅作为调节执行单元，它还具有可连续无级调节（通过改变可控硅导通角），调节时无涌流、拉弧，无机械开关使用寿命的限制等优点。特别适合一些需要快速补偿的工业场合，如电弧炉、轧机、电力机车、电气化铁路、冶金、炼钢等工业用户，可大幅度降低非线性和冲击性负荷所引起的电压波动、闪变、负序和谐波干扰，显著提高负荷功率因数（最高可接近1），减少无功潮流，降低网损，改善电能TSVC应用于输电系统或枢纽变电站，对维持系统母线电压稳定，提高电网输电能力，以及阻尼系统低频振荡和抑制次同步振荡均有显著的作用。2.2基本原理TSVC如下图接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小，感性无功和容性无功相抵消，只要能做到系统无功QN=Qv(系统所需)-Qc+QTCR=常数(理想情况下等于0)=乎不波动，关键是准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电流，晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能，采集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值(可能是0)进行比较，计算得触发角大小，通过晶闸管触发装置使晶闸管流过所需电流。对于不对称负荷，利用steinmetz理论实现分相调节，消除负序电流,平衡三相电网。2.3系统组成1）2）DSP全数字控制系统：以数字信号处理器为核心器件，应用瞬时无功理论算法，快速准确地计算无功功率和补偿电纳，再计算出TCR经过电光转换，送往高电位触发板，控制晶闸管的导通。3）滤除该次谐波，同时为系统提供容性无功功率，提高功率因数。电力电容器为组架式安装，自然冷却。滤波电抗器为空芯干式，自然冷却。4）冲击所产生的电压波动。空芯干式，上下双线圈，自然冷却。2.4技术参数项目规格电网电压（kV）6～35TCR额定功率(Mvar)6～200冷却方式热管自冷却或水冷19第二章TSVC高压静止型动态补偿器晶闸管触发方式电触发或光触发控制系统全数字控制系统无功调节范围-100%～+100%调节方式分相调节调节响应时间<10ms电压闪变改善率>50%噪声水平自冷无噪声辅助供电电压380V110V使用寿命>20年2.5技术优势1)高性能DSP数字控制系统DSP数字控制系统采用标准模块组成的控制单元结构，具备如下特点:采用美国TI公司应用于专业电机控制的高性能数字信号处理器和高分辨率的模数转换器；冲丢失、BOD动作频繁时，报警、跳闸，同时上传上位机显示、保存故障记录；采用瞬时无功功率算法或快速傅里叶算法，保障了系统响应时间；可以分相调节，也可以三相调节；系统通讯；完善的自诊断，实时监控；根据要求，可选择并追加多种控制功能；2)由于TSVC使用可控硅作为主调节器件，调节时无拉弧、涌流，设备使用寿命长；基于高可靠的大功率可控硅变流技术；高效热管自然冷却可控硅，结构简单，且免维护；也可以选择密封式循环水冷系统；标准组架式结构，安装维护方便；可控硅冗余合理，保障TSVC稳定运行；光触发或者光电触发方式，抗干扰性强；3)了免维护；4)无功补偿精细，可连续平滑调节，实现系统需要多少无功就补多少无功；5)配合FC高压无源滤波，将系统谐波水平滤除到符合国标要求；6)TSVC响应速度快，小于10ms；7)设备容量大，可达上百兆，但不能直接用于特高压（35kV8)监控系统提供友好人机界面，实时显示系统工作状态；9)控制方式灵活，可实现三相同时控制、分相控制和三相平衡化等多种控制方式。2.6选型说明TSVC－□/□，参数为容量/电压2.7应用领域广泛应用于电力系统、石油化工、冶金钢铁、电气化铁路、风力发电、煤炭等行业中，为电弧炉、轧机、感应炉、电力机车、提升机、风力发电机等设备提供高质量、高可靠性的20第二章TSVC高压静止型动态补偿器无功补偿及滤波的解决方案。降低系统的谐波畸变度、提高系统的功率因数，减小电压波动及闪变，平衡三相电流电压。2.8应用案例兖州某煤矿企业设有35KV6KV荷为交流传动设备。如主、副井的绞车采用直流调速设备；通风及动力设施采用交流传动设备。绞车属重载起动，无功冲击较大，并伴随大量整数倍和非整数倍的谐波电流产生，功率因数低，电压波动大，给电网供电产生如下问题：无功冲击引起的电压波动。谐波电流流入系统使用电设备发热，设备运行可靠性降低。功率因数低，加大生产成本。为解决上述问题，我公司参照类似工程经验和计算机仿真，在母线上装设TCR型TSVC无功功率补偿设备，容量为6MVA。年功率因数节省电费1231.1万KWh25000KVA，有功电度单价为0.4636元／KW·h。因此变电所月电量电费为：月电量电费＝有功电度电价×月平均电量＝0.4636元／KW·h×1231.1万KWh＝.60元煤矿变电所功率因数按0.785每月功率因数调整费用为：月功率因数调整费用＝月电量电费×无功调整费率＝.60×5％＝285369.00元相控电抗器型动态无功补偿装置投运后，功率因数达0.95以上，奖励率为0.75％，故每月奖励为：月功率因数奖励费用＝月电量电费×功率因数奖励率＝.60×0.75％＝42805.3元故每月可节省该项电费为：月功率因数节省电费＝月功率因数调整费用+月功率因数奖励费用＝328174.0元每年可节省该项电费为：年功率因数节省电费＝月功率因数节省电费×12月＝.0元减少变压器的铜损少，从而减少铜损。提高变压器二次侧的功率因数后，变压器节约的有功功率△P如下：△P＝(P2／SN)2(1／COS2Φ1-1／COS2Φ2)PK式中：P2————变压器负载侧输出功率；SN————变压器额定容量；COSΦ1————变压器原负载功率因数；

COSΦ2————提高后的变压器负载功率因数；

PK————变压器的短路损失。煤矿变电所补偿前功率因数0.7，补偿后功率因数0.95，变压器的短路损失PK为

500KW，则△P计算如下：△P＝(11500／25000)2(1／0.782-1／0.952)PK＝0.11PK＝55KW每年节约的有功功率：变压器年节约的有功功率＝变压器节约的有功功率×30天×12月

＝19800KW21第二章TSVC高压静止型动态补偿器每年节约的该项电度电费：年节约电度电费＝有功电度电价×变压器年节约的有功功率＝0.4636元／KW·h×19800KW＝9179.28元本装置损耗及其它费用量的3％0，折算至电度电价每年约为7.3万元。动补装置每年总节能效益相控电抗器型动态无功补偿装置投运后每年可节约资金为：年功率因数节省电费+年变压器节省电费-动补装置年总损耗费＝265.35万元结论该煤矿变电所装设TCR型高压静止型动态无功补偿装置（TSVC提高到了0.95以上，系统的电压稳定，谐波引起的电缆和电机发热等问题得到有效解决，从而增加了变压器和输、配电线路的有效容量，提高了设备的运行可靠性，减少了设备维护周期和运行成本，减少了功率因数调整电费的支出，具有良好的技术经济效益，值得大力推广应用。22第三章TAPF低压有源电力滤波器第三章TAPF低压有源电力滤波器3.1产品介绍TAPFDSP器件的数字信号处理技术研制的新型电力谐波治理专用设备，是目前电力谐波治理和无功补偿的最完美解决方案，它以一种可控的动态方式滤除出现在供电系统中的谐波和无功。3.2基本原理TAPF用硬件运算电路，将负载电流中的谐波分离出来，形成指令信号，送入高速数字信号处理器（DSPPWM送出驱动指令，变流器生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，主动对谐波电流进行抵消。3.3系统组成TAPF流储能电容、DSP控制模件、数据采样模件、信号调理模件、驱动及门极模件、继电器开出模件、电源模件和液晶控制模件。下面对它们进行详细介绍。主功率电路构示意图如图4-2需要再添加N相桥臂。）其中，直流母线模块主要是由直流母排和大容量的储能电容构成，它们的作用是维持逆变器工作所需要的直流电压；逆变桥产生所需要的交流电压；滤波电抗器既要负责产生适合的电流波形，又要将一些由于开关频率引起的高频毛刺从补偿电流中滤除掉。装置的主功率电路采用两电平的拓朴结构方式，见下图。控制部分电路控制部分包含DSP模件、信号调理模件、交流模件、驱动门极模件、继电器出口模件、人机交互模件。DSP是整个控制部分乃至整个装置的核心，参数的保存与设置、控制逻辑和软件保护逻辑都在此实现。DSP可以接受的信号；驱动门极模件接受DSP开和断，同时，提供对电力电子器件的多重保护，如：过流、短路、过压、电源异常等；继电器出口模件用于驱动散热风扇和大容量的接触器；人机交互模件提供装置与人之间的信息交互，如参数的设定，各种状态的显示等。3.4技术参数电额定电压（V）AC380，AC660气工作频率（Hz）50±2特接线方式三相三线三相四线23第三章TAPF低压有源电力滤波器性容量(A)50100150200300滤波范围2—50次（包括非特征次谐波、间谐波）滤波能力90%无功补偿无功模式可选响应时间100us有功损耗<3%*实际使用容量多台运行方式并联运行控控制内核双DSP处理器制开关频率16kHz特通信功能RS232485/CAN总线可选性控制与功率电路连接光纤或电气连接（带屏蔽）防护等级IP20结构冷却方式强迫风冷特安装方式室内安装，下出线性整体结构立柜式或壁挂式环境温度-10℃—40℃环境存储温度-20℃—60℃条相对湿度最大95%，无凝露件海拔高度2000m以下电磁兼容装置能承受GB/T17626.3-1998规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场“抗扰度试验；装置能承受GB/T17626.4-1998规定的严酷等级为Ⅲ级的快速瞬变干扰试验；装置能承受GB/T17626.5-1998规定的严酷等级为Ⅲ级浪涌冲击抗扰度试验；装置能承受GB/T17626.2-1998规定的严酷等级为Ⅲ级静电放电抗扰度试验；装置能承受GB/T17626.10-1998规定的1MHz和100kHz脉冲群干扰试验；3.5技术优势实时跟踪，动态补偿TAPF和阻抗变化的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；电流控制方式TAPF控制系统更保障了其滤波准确性和可靠性。可选的多功能补偿模式☆补偿谐波；☆补偿谐波+可调无功功率；☆补偿可调无功功率；☆补偿三相不平衡；双DSP控制系统。控制系统设计采取了硬件和软件有机结合的方案，有效的提高了响应速度；补偿无功不需要储能电容，直流侧电解电容仅维持逆变时所需要的直流电压；具备补偿三相不平衡能力，减小中性线电流至零；IGBT特点；采用高性能的霍尔电流互感器和霍尔电压互感器；自动检测并跟踪电网频率，自动检测电流互感器CT的极性，防止反接；24第三章TAPF低压有源电力滤波器补偿谐波电流响应速度快：☆实时响应100us；☆完全响应10ms；功能；可同时滤除2次到50次的谐波电流IGBT器工作的稳定性和可靠性；6英寸（320×240Dots）的彩色LCD大屏幕显示界面，具有高清晰文字、图形显示功能，监测和控制人机界面友好；可编程待机功能和自动重启功能；扩展性能好，能适应多种补偿系统的拓扑结构；可多机并联工作，根据用户需要灵活扩大补偿容量；通过特种变压器的耦合作用，可应用到6～35kV的系统中，扩展了电压等级方面的应用范围；采用通用的远程通信协议，通信接口为RS232/485和CAN总线；设计选型简单，无需进行电网背景谐波分析，只需要计算出补偿容量即可；体积小，重量轻；

技术专利3.6选型说明TAPF3－□/□三相三线制，参数为电流/电压TAPF4－□/□三相四线制，参数为电流/电压3.7应用领域TAPF由于其补偿性能十分优异，通常应用于谐波污染严重，负载变化较快的配电系统、工况企业等场所。☆水处理行业；☆水泥行业；☆造船业；☆造纸业；☆烟草业；☆纺织业；☆精密仪器制造业；☆汽车制造业；☆商业、住宅大厦；☆计算中心；直流电焊机群；☆电解铝、电解锌；☆轧机；☆变频器（VVVF断电源（UPS）；☆输送带、电梯、鼓风机、泵；☆开关电源；☆大功率充电机；☆铁路牵引变电站（所）；☆油田带调速设备的泥浆泵和钻井设备；☆商用楼宇配电；☆高层住宅配电☆其它产生谐波的负荷；3.8应用案例沈阳市某电站设备厂0.60-0.65之间，每月电费1.8万元左右。电流谐波比较严重THD=27.21％。EMI电磁干扰会干扰敏感的控制设备不能正常运行。大量随电焊机工作动态变化的无功电流还在变压器绕组和线路上产生附加的电压压降和附加的功率损耗，导致生产设备供电电压的波动和下降，带来设备供电功率的不足和设备寿命的下降。大量电焊机使用线电压供电，负载布局不合理会导致三相电流出现大幅度的不平衡，进而导致三相电压也出现不平衡和畸变。25第三章TAPF低压有源电力滤波器投运效果：TAPF投运后该厂功率因数由0.60调整到0.99。每月节省无功罚款1.8W*0.15=2700元每月功率因数奖励电费1.8W*0.011=198元每月共计节省电费2700+198=2898元该厂电流总THD由27.21％调整到3.63％。达到了国标GB/T14549-93谐波畸变率5％以内的标准，电能质量显著改善。26第四章TPPF无源电力滤波器第四章TPPF无源电力滤波器4.1产品介绍TPPF无源电力滤波装置，又称为LC滤波器，是由滤波电容器、滤波电抗器适当组合而0.4kV—35kV偿基波无功，提高功率因数，还可以减少流入系统的谐波电流，降低公共连接点的电压电流畸变度。4.2基本原理某一次谐波频率，则对于该次谐波而言，滤波器的阻抗为极小值。由于滤波支路对于该次谐波电流阻抗很小，所以经其分流，可以减小注入交流系统的谐波电流，从而达到对该次谐波的抑制作用。4.3技术参数额定电压(kV)0.4—35工作频率(Hz)50补偿容量不限滤波支路视具体应用情况选择最佳配置滤波能力大于70%无功补偿滤波兼补无功功率因数高于0.92安装位置户内，户外不限接线高压（>1kV）三角形接法方式低压（<1kV）星接或角接保护高压（>1kV）过流、欠过压、不平衡电流保护、开三角保护等措施低压（<1kV）过流、欠过压、短路、谐波过载整体高压（>1kV）组架式结构低压（<1kV）立柜式环境温度-10℃—40℃防护等级IP21冷却方式自冷存储温度-20℃—60℃相对湿度最大95%，无凝露海拔高度2000m以下4.4系统组成还需配置专业的微机保护装置等组成。27第四章TPPF无源电力滤波器滤波电抗器干式空芯或铁芯结构，玻璃纤维包封，环氧树脂固化铜质或铝质导体电感值在±5%内可调，调谐准确简单品质因数精确滤波专用电容器电容器采用金属全膜介质内附熔丝和放电电阻，极板析边大爬距套管无氯、环保型绝缘油损耗低电容器采用支架叠装，方便散热4.5技术优势1)专业仿真软件计算、设计、校验，使装置设计最优化；2)具备防止谐波放大的功能，可避免与系统发生谐振；3)结构简单、设备投资少、运行可靠性高、运行费用低；4)用中性点不平衡电流保护、开口三角电压保护、电压差动保护等；5)屏，确保设备安全运行。4.6选型说明TPPF－□/□，参数为容量/电压4.7应用领域轧机、中频炉、牵引变、提升机、单晶硅、直流传动等）和电弧型负荷（电弧炉、硅铁炉、精炼炉、电石炉等）的无功和谐波问题，积累了丰富的滤波器设计、运行经验，为合理设计各种负荷性质谐波源的滤波方案提供了保障。轧机、提升机等，可和TCR(晶闸管控制电抗器)构成