有源电力滤波器与静止无功发生器西安赛博文库学习教案

1、会计学1有源电力滤波器与静止无功有源电力滤波器与静止无功(w n)发发生器西安赛博文库生器西安赛博文库第一页，共38页。一、电能一、电能(dinnng)(dinnng)质量概述质量概述n电能质量电能质量(zhling)(zhling)的定义：的定义：从普遍意义上讲是指供电和用电质量，包括电压、电流的稳态及暂态量值的偏差、波形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、波形(b xn)(b xn)畸变的程度、闪变等对用电设备造成影响的供电和用电问题。畸变的程度、闪变等对用电设备造成影响的供电和用电问题。第1页/共38页第二页，共38页。一、电能一、电能(dinnng)

2、(dinnng)质量概述质量概述n电能电能(dinnng)质量问题：质量问题：频率频率(pnl)问题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）第2页/共38页第三页，共38页。一、电能一、电能(dinnng)(dinnng)质量概质量概述述波形波形(b xn)和对称度和对称度三相不对称三相不对称(duchn)(duchn)谐波（谐波（harmonicshar

3、monics）暂态脉冲（暂态脉冲（impulsive transientimpulsive transient）暂态振荡（暂态振荡（oscillatory transientoscillatory transient）第3页/共38页第四页，共38页。一、电能一、电能(dinnng)(dinnng)质量概质量概述述n产生电能产生电能(dinnng)质量问题的原因质量问题的原因干扰性负荷干扰性负荷(fh)(fh)电弧炉、整流器、单相负荷电弧炉、整流器、单相负荷(fh)(fh)及各种电源的变换设备等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、

4、电容器投切、线路切换等第4页/共38页第五页，共38页。一、电能质量一、电能质量(zhling)(zhling)概述概述n国家标准国家标准n供电电压允许偏差供电电压允许偏差(pinch)(pinch)(GB12325-1990)(GB12325-1990)n电压允许波动和闪变电压允许波动和闪变(GB12326-2000)(GB12326-2000)n公用电网谐波公用电网谐波(GB/T14549-1993)(GB/T14549-1993)n三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度(GB/T15543-1995)(GB/T15543-1995)n电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差(pinch

5、)(pinch)(GB/T15945-1995)(GB/T15945-1995)n暂态过电压和瞬态过电压暂态过电压和瞬态过电压(GB/T18481-2001)(GB/T18481-2001)第5页/共38页第六页，共38页。一、电能质量一、电能质量(zhling)(zhling)概述概述n公用电网公用电网(dinwng)(dinwng)谐波谐波(GB/T14549-1993)(GB/T14549-1993)谐波谐波(xi b)电压限值电压限值谐波电流限值谐波电流限值第6页/共38页第七页，共38页。一、电能质量一、电能质量(zhling)(zhling)概述概述谐波电压谐波电压(diny)限值

6、与谐波电流限值的关系：限值与谐波电流限值的关系：251hkkkUXIhUkX其中其中(qzhng)：kI为谐波电压限值；为谐波电压限值；为为k次谐波频率下的阻抗值，可通过短路容量计算；次谐波频率下的阻抗值，可通过短路容量计算；为为k次谐波电流值。次谐波电流值。可见谐波电压限值与谐波电流限值是相互对应的，所以考核电网谐波情况既可考察谐波电流值也可考察谐波电压值。短路容量与基准短路容量不一定相同，此时谐波电压限流值不变，谐波电流值为：短路容量可见谐波电压限值与谐波电流限值是相互对应的，所以考核电网谐波情况既可考察谐波电流值也可考察谐波电压值。短路容量与基准短路容量不一定相同，此时谐波电压限流值不变

7、，谐波电流值为：短路容量基准短路容量基准短路容量基准短路容量下谐波电流限流值，短路容量越大，允许的谐波电流限流值也就越大。基准短路容量下谐波电流限流值，短路容量越大，允许的谐波电流限流值也就越大。第7页/共38页第八页，共38页。一、电能一、电能(dinnng)(dinnng)质量概述质量概述n功率因数调整电费办法功率因数调整电费办法(bnf)：n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)若功率因数大于若功率因数大于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，大于的电费，大于0.95减收减收0.75%的电费；若功率因数小于的电费；

8、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n奖的少，罚的多奖的少，罚的多第8页/共38页第九页，共38页。二、谐波二、谐波(xi b)(xi b)与与无功危害无功危害对输线路对输线路(xinl)的影响的影响lgabT高分子材料高分子材料(cilio)(cilio)的热老化方程为的热老化方程为 ：n谐波的危害谐波的危害第9页/共38页第十页，共38页。二、谐波与无功二、谐波与无功(w (w n)n)危害危害对变压器的影响对变压器的影响(yngxing) 均方根值电流均方根值电流(dinli)增加增

9、加负荷电流含有谐波时，将在三个方面引起变压器发热的增加：负荷电流含有谐波时，将在三个方面引起变压器发热的增加：涡流损耗涡流损耗铁芯损耗铁芯损耗若变压器正常的绝缘寿命为若变压器正常的绝缘寿命为2020年，由于谐波引起附加的温升与变压器绝年，由于谐波引起附加的温升与变压器绝缘寿命的对应表为：缘寿命的对应表为：第10页/共38页第十一页，共38页。二、谐波与无功二、谐波与无功(w (w n)n)危害危害对电容器的影响对电容器的影响(yngxing) 电力谐波和电容器之间的作用是相互的，它不仅在电容器中产生(chnshng)额外的电力损耗，而且可能与电容器一起产生(chnshng)串联或并联谐振。 在

10、电容器的作用下，谐波电流可以被放大2 25 5倍，而在谐振时可达3030倍以上。谐振引起的过电压和过电流会大大增加电容器的损耗和过热，这往往导致电容器的损坏。 第11页/共38页第十二页，共38页。二、谐波二、谐波(xi b)(xi b)与与无功危害无功危害对继电保护对继电保护(j din bo h)装置的影响装置的影响谐波对继电保护的影响主要表现为使继电器动作特性畸变或效果降低(jingd)，其后果常是保护装置的拒动或误动 。对电能表的影响对电能表的影响 目前，计量中采用静电感应式电能表是按工频(基波50Hz)纯正弦交流额定工况设计制造的。存在电力谐波时，基波电流和谐波电流都会在电能表转盘上

11、产生涡流，因而谐波存在会影响计量的准确性。第12页/共38页第十三页，共38页。二、谐波二、谐波(xi b)(xi b)与与无功危害无功危害n无功无功(w n)的危害的危害增加设备容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视增加设备容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机及其他电气设备容量和导线在功率增加，从而使发电机及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的启动及控制容量增加。同时，电力用户的启动及控制(kngzh)设备设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。、测量仪表的尺寸和规格也要加大。 设备及线路损耗增加设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大。无功功率

12、的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是现而易见的。设，因而使设备及线路的损耗增加，这是现而易见的。设线路总的电流为线路总的电流为 线路的电阻为，则线路的线损线路的电阻为，则线路的线损为：为：式中式中 这一部分损耗就是由于无功引起的。这一部分损耗就是由于无功引起的。22pqIII222222()pqPQPI RIIRRU22(/)QUR第13页/共38页第十四页，共38页。二、谐波二、谐波(xi b)(xi b)与与无功危害无功危害使线路及变压器的电压使线路及变压器的电压(diny)降增大，如果是冲击性无功功降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压率负载，还会使电压(diny

13、)产生剧烈波动，使电能质量降低。产生剧烈波动，使电能质量降低。 ssRR PX QUUU 在一般电网中在一般电网中 比比 小的多，因此可以得出这样的结论：有功功率的波动一般小的多，因此可以得出这样的结论：有功功率的波动一般对电网电压的影响较小，电网电压的波动主要是由无功功率的波动引起的。电对电网电压的影响较小，电网电压的波动主要是由无功功率的波动引起的。电动机在启动期间功率因数很低，这种冲击性无功功率会使电网电压距离波动，动机在启动期间功率因数很低，这种冲击性无功功率会使电网电压距离波动，甚至使接在同一电网上的用户无法正常工作甚至使接在同一电网上的用户无法正常工作(gngzu)。电弧炉、轧钢机

14、等大。电弧炉、轧钢机等大型设备会产生频繁的无功功率冲击，严重影响电网质量。型设备会产生频繁的无功功率冲击，严重影响电网质量。 sRsX第14页/共38页第十五页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理基本原理基本原理负载指令电流运算电路电流跟踪控制电路驱动电路主电路siLiseCiCi*RLCAPFHPFiiiSLCiiiLLfLhiiCLh iiiiSLCLf其中其中(qzhng)：注：注：APFAPF与与SVGSVG原理原理(yunl)(yunl)基本相同，此处以基本相同，此处以APFAPF举例说明举例说明。第15页/共38页第十六页，共38页。三、三、APFAPF

15、与与SVGSVG基本原理基本原理控制系统控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)介绍介绍 iSbiSciSaAPF负载三相电源iLbiLciLaiCbiCciCa信号PWMiCiC*VCiSiLea驱动电路电流跟踪控制电路指令电流运算电路第16页/共38页第十七页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理基于瞬时无功理论谐波电流基于瞬时无功理论谐波电流(dinli)(dinli)采样算法介绍采样算法介绍eaiaibiciiC32sinCCCLPFLPFiiffiafibficfiCaiCbiCcPLLipipiqiq23ipPIVcrVcf-cos*第17

16、页/共38页第十八页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理iqieipiqiqiiipipieeeeeCeeeabc32iiCiiiabc32C322 311 21 203 23 2第18页/共38页第十九页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理iqieipiqiqiiipipieeeiip cosiiq sin三相三相(sn xin)(sn xin)电路瞬时有功电流电路瞬时有功电流ipip和瞬时无功电流和瞬时无功电流iqiq分别为矢量分别为矢量i i在在矢量矢量e e及其法线上的投影及其法线上的投影 三相电路瞬时无功功率三相电路瞬时无功功率

17、q q（瞬时有功（瞬时有功(yu (yu n)n)功率功率p p）为电压矢量）为电压矢量e e的模和三相电路的模和三相电路瞬时无功电流瞬时无功电流iqiq（三相电路瞬时有功（三相电路瞬时有功(yu (yu n)n)电流电流ipip）的乘积）的乘积 pe ipqe iq第19页/共38页第二十页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理iqieipiqiqiiipipieee三相电压和电流三相电压和电流(dinli)(dinli)均为正弦波时的情况均为正弦波时的情况 eEtamsineEtbmsin(/ )23eEtcmsin(/ )23iItamsin()iItbmsin

18、(/ )23iItcmsin(/ )23pEI 3cosqEI 3sin第20页/共38页第二十一页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理iqieipiqiqiiipipieee三相电压和电流三相电压和电流(dinli)(dinli)均为正弦波时的情况：均为正弦波时的情况： eEtamsineEtbmsin(/ )23eEtcmsin(/ )23iItamsin()iItbmsin(/ )23iItcmsin(/ )23pEI 3cosqEI 3sin第21页/共38页第二十二页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理iqieipiqiqiii

19、pipieeeiIn tannn2sin()iIntbnnn223sin ()iIntcnnn223sin ()iiIn tIn tnnnnnn3sin()cos()pqEttttiiEIntIntnnnnnn331111sincoscossincos()sin()第22页/共38页第二十三页，共38页。三、三、APFAPF与与SVGSVG基本原理基本原理动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及(yj)变化的无功进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应变化的无功进行补偿，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

20、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，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用即使补偿对象电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常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偿既可对一个谐波和无功源单

21、独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿nAPFAPF特点特点(tdin)(tdin)第23页/共38页第二十四页，共38页。四、四、APFAPF与与SVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数nAPFAPF基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数参数参数(cnsh)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：APFAPFAPFIUS3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。第24页/共38页第二十五页，共38页。

22、四、四、APFAPF与与SVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数参数参数2：补偿：补偿(bchng)次数次数 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(nxi)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。第25页/共38页第二十六页，共38页。四、四、APFAPF与

23、与SVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数参数参数(cnsh)3：补偿率：补偿率 在负载谐波(xi b)电流处于APF补偿电流范围内时，单台APF谐波(xi b)补偿率的定义如下：%100LoadGridLoadTHDiTHDiTHDi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。第26页/共

24、38页第二十七页，共38页。四、四、APFAPF与与SVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数参数参数(cnsh)4：响应时间：响应时间 响应时间是指谐波负载投入(tur)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。 第27页/共38页第二十八页，共38页。四、四、APFAPF与与SVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数1、响应时间指的是谐波电流被完全

25、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(chng h)，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(chng h)。第28页/共38页第二十九页，共38页。四、四、APFAPF与与SVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数nSVGSVG基本基本(jbn)(jbn)技术参数技术参数参数参数(cnsh)1：容量：容量与一般无功

26、补偿与一般无功补偿( (电容补偿电容补偿) )容量定义相同，唯一不同的是电容补偿标称的安装容量，而容量定义相同，唯一不同的是电容补偿标称的安装容量，而SVGSVG标称的是实际补偿容量。标称的是实际补偿容量。对于纯电容对于纯电容( (不串联电抗器不串联电抗器) )补偿，实际补偿容量补偿，实际补偿容量= =（实际电网电压实际电网电压电容额定电压电容额定电压）2 2安装容量。一般情况下，为保证电容安全工作，其额定电压大于电网电压，实际补偿容量小于安装容量。如额定电压为安装容量。一般情况下，为保证电容安全工作，其额定电压大于电网电压，实际补偿容量小于安装容量。如额定电压为450V450V的电容应用于的

27、电容应用于380V380V系统中，其实际补偿容量为系统中，其实际补偿容量为71%71%。参数参数2：补偿范围补偿范围SVGSVG既可补偿容性无功，也可补偿感性无功，且为连续补偿。既可补偿容性无功，也可补偿感性无功，且为连续补偿。第29页/共38页第三十页，共38页。五、案例五、案例(n l)(n l)介绍介绍案例一、钢铁行业应用案例一、钢铁行业应用(滤除快速变化负载滤除快速变化负载(fzi)的谐波的谐波)某钢铁股份公司是集炼焦、烧结、冶炼、轧材及科研开发为一体某钢铁股份公司是集炼焦、烧结、冶炼、轧材及科研开发为一体(yt)(yt)的特大型的特大型钢铁联合企业，其属下钢铁联合企业，其属下X X轧

28、钢厂主要生产中厚板等钢材产品，由于生产需要，在轧钢厂主要生产中厚板等钢材产品，由于生产需要，在低压配电系统变压器二次侧的设备主要是电动机，变频器带动电机工作。在生产低压配电系统变压器二次侧的设备主要是电动机，变频器带动电机工作。在生产过程中多次出现开关柜无故跳闸现象，对生产造成巨大损失。经过测试、分析，过程中多次出现开关柜无故跳闸现象，对生产造成巨大损失。经过测试、分析，最终将问题归结为谐波电流太大所致。最终将问题归结为谐波电流太大所致。第30页/共38页第三十一页，共38页。五、案例五、案例(n l)(n l)介绍介绍西安赛博电气有限责任公司为该企业轧钢车间二号冷床下电网的谐波情况制定了相西安赛博电气有限责任公司为该企业轧钢车间二号冷床下电网的谐波情况制定了相应的解决方案。采用一台应的解决方