有源电力滤波器与静止无功发生器西安赛博文库

一、电能质量概述电能质量的定义：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页第一页，共39页。一、电能质量概述电能质量问题：频率问题幅度问题稳态过电压、欠电压及电压波动闪变（flicker）幅度暂低（sag，dip）、暂高（swell）、短时中断（interruption）第2页/共38页第二页，共39页。一、电能质量概述波形和对称度三相不对称谐波（harmonics）暂态脉冲（impulsivetransient）暂态振荡（oscillatorytransient）第3页/共38页第三页，共39页。一、电能质量概述产生电能质量问题的原因干扰性负荷电弧炉、整流器、单相负荷及各种电源的变换设备等雷电、外力破坏配电设备故障、电容器投切、线路切换等第4页/共38页第四页，共39页。一、电能质量概述国家标准《供电电压允许偏差》(GB12325-1990)《电压允许波动和闪变》(GB12326-2000)《公用电网谐波》(GB/T14549-1993)《三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)《电力系统频率允许偏差》(GB/T15945-1995)《暂态过电压和瞬态过电压》(GB/T18481-2001)第5页/共38页第五页，共39页。一、电能质量概述《公用电网谐波》(GB/T14549-1993)谐波电压限值谐波电流限值第6页/共38页第六页，共39页。一、电能质量概述谐波电压限值与谐波电流限值的关系：其中：为谐波电压限值；为k次谐波频率下的阻抗值，可通过短路容量计算；为k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÷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。第7页/共38页第七页，共39页。一、电能质量概述功率因数调整电费办法：功率因数标准为0.9时(大于160kVA的用户)若功率因数大于0.9小于0.95，则每增加0.01减收0.15%的电费，大于0.95减收0.75%的电费；若功率因数小于0.9大于0.64，则每减少0.01增收0.5%的电费，如为0.8则要加收5%的电费奖的少，罚的多第8页/共38页第八页，共39页。二、谐波与无功危害对输线路的影响高分子材料的热老化方程为：谐波的危害第9页/共38页第九页，共39页。二、谐波与无功危害对变压器的影响

均方根值电流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：涡流损耗铁芯损耗若变压器正常的绝缘寿命为20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：第10页/共38页第十页，共39页。二、谐波与无功危害对电容器的影响

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额外的电力损耗，而且可能与电容器一起产生串联或并联谐振。

在电容器的作用下，谐波电流可以被放大2～5倍，而在谐振时可达30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页第十一页，共39页。二、谐波与无功危害对继电保护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，其后果常是保护装置的拒动或误动。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页第十二页，共39页。二、谐波与无功危害无功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设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。

设备及线路损耗增加。无功功率的增加，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。设线路总的电流为线路的电阻为，则线路的线损为：

式中这一部分损耗就是由于无功引起的。第13页/共38页第十三页，共39页。二、谐波与无功危害使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使电能质量降低。

在一般电网中比小的多，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。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。第14页/共38页第十四页，共39页。三、APF与SVG基本原理基本原理其中：注：APF与SVG原理基本相同，此处以APF举例说明。第15页/共38页第十五页，共39页。三、APF与SVG基本原理控制系统介绍第16页/共38页第十六页，共39页。三、APF与SVG基本原理基于瞬时无功理论谐波电流采样算法介绍第17页/共38页第十七页，共39页。三、APF与SVG基本原理第18页/共38页第十八页，共39页。三、APF与SVG基本原理三相电路瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq分别为矢量i在矢量e及其法线上的投影

三相电路瞬时无功功率q（瞬时有功功率p）为电压矢量e的模和三相电路瞬时无功电流iq（三相电路瞬时有功电流ip）的乘积

第19页/共38页第十九页，共39页。三、APF与SVG基本原理三相电压和电流均为正弦波时的情况

第20页/共38页第二十页，共39页。三、APF与SVG基本原理三相电压和电流均为正弦波时的情况：

第21页/共38页第二十一页，共39页。三、APF与SVG基本原理电流中有谐波时第22页/共38页第二十二页，共39页。三、APF与SVG基本原理动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及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APF特点第23页/共38页第二十三页，共39页。四、APF与SVG基本技术参数APF基本技术参数参数1：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：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页第二十四页，共39页。四、APF与SVG基本技术参数参数2：补偿次数

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页第二十五页，共39页。四、APF与SVG基本技术参数参数3：补偿率

在负载谐波电流处于APF补偿电流范围内时，单台APF谐波补偿率η的定义如下：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38页第二十六页，共39页。四、APF与SVG基本技术参数参数4：响应时间

响应时间是指谐波负载投入后，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页第二十七页，共39页。四、APF与SVG基本技术参数1、响应时间指的是谐波电流被完全消除所需的时间。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，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。第28页/共38页第二十八页，共39页。四、APF与SVG基本技术参数SVG基本技术参数参数1：容量与一般无功补偿(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SVG标称的是实际补偿容量。对于纯电容(不串联电抗器)补偿，实际补偿容量=（实际电网电压÷电容额定电压）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450V的电容应用于380V系统中，其实际补偿容量为71%。参数2：补偿范围SVG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页第二十九页，共39页。五、案例介绍案例一、钢铁行业应用(滤除快速变化负载的谐波)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的特大型钢铁联合企业，其属下X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。第30页/共38页第三十页，共39页。五、案例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应的解决方案。采用一台SPA3-150A/0.4的有源电力滤波器在变压器出线侧进行集中治理，滤波器可以自动跟踪治理负载产生的谐波电流，并有效的滤除谐波，从而保证整个系统安全可靠运行。系统治理示意图为：第31页/共38页第三十一页，共39页。五、案例介绍治理效果：蓝色波形为负载电流波形，绿色波形为电网电流波形。第32页/共38页第三十二页，共39页。五、案例介绍案例二、钻井行业(补偿快速变化负载的无功及谐波)系统配电如图所示：第33页/共38页第三十三页，共39页。五、案例介绍治理前：电压波形功率因数变化曲线第34页/共38页第三十四页，共39页。五、案例介绍治理后：电压波形功率因数变化曲线第35页/共38页第三十五页，共39页。六、总结

APF与SVG涉及的知识很广，这里仅仅对其基本原理及典型案例进行了简单介绍。实际应用时还需要灵活使用，电能质量问题不能理解为用某一种产品就可以解决问题，要整体考虑，我们最大的优势就是和客户共同讨论，找到解决企业电能质量的问题，然后用系列的电能质量产品实施解决。第36页/共38页第三十六页，共39页