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1、电能质量基础知识培训,培训人：徐翔,电能质量概述 无功与谐波基础知识 无功补偿与谐波治理方法 某移动基站谐波治理案例,报告内容：,一、电能质量概述(1/5),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。,一、电能质量概述(2/5),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）,波形和对称度,三相不对称 谐波（harmonics） 暂态脉冲（impulsive tr
2、ansient） 暂态振荡（oscillatory transient）,一、电能质量概述(3/5),一、电能质量概述(4/5),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,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),一、电能质量概述(
3、5/5),二、无功与谐波的基础知识(1/10),无功功率,无功功率只是描述了能量交换的幅度，而并不消耗功率。无功功率分为感性无功与容性无功，感性无功表现为电压相位超前电流相位，容性无功表现为电压相位滞后电流相位。,增加额外电费 根据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,二、无功与谐波的基础知识(2/10),二、无功与谐波的基础知识(3/10)
4、,任何频率“f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现： 频率f的正弦分量，被称为基波（h1） 有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hn）. dc(直流)分量（如果可用）。 例：,谐波由非线性负载产生,谐波,线性负载： 如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下的电感负载（电动机，变压器等） 非线性负载： 如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐波频谱取决于负载的类型。 例如 开关电源，整流电源，变压器,二、
5、无功与谐波的基础知识(4/10),次数： 谐波次数定义为谐波频率等于基波频率的倍数。 例：对于50Hz的基波，第3次谐波的频率是3 x 50 = 150 Hz。 频谱： 信号的频谱是作为不同的谐波各自频率的功能显示它们的振幅的图。,作为基波的的谐波频谱,0,50,100,二、无功与谐波的基础知识(5/10),谐波源设备： 变速传动装置（包括交流、直流） 晶闸管控制设备 固定式换流器（UPS不间断电源） 电弧炉 电焊机 大建筑物中的照明 饱和电抗器（变压器）,二、无功与谐波的基础知识(6/10),变速传动装置（交流） 3相负载主要产生5，7，11，13次谐波电流 电流是不稳定的,-2.5,-2,
6、-1.5,-1,-0.5,0,0.5,1,1.5,2,2.5,谐波电流是,S=23kVA THDI=124%,谐波频谱,81% H5, 74% H7, 42% H11, .,H11,H13,H17,H19,H21,H23,0,50,100,H1,H5,H7,二、无功与谐波的基础知识(7/10),整流器等： 3相负载主要产生5，7，11，13次谐波电流,谐波电流是,S=122kVA THDI=30%,谐波频谱,28% H5, 5% H7, 6% H11, .,0,20,40,60,80,100,H1,H5,H7,H11,H13,H17,H19,二、无功与谐波的基础知识(8/10),电焊机： 单相
7、负载 有较高3次谐波含量的电流,谐波电流是,Is=341A THDI=58%,谐波频谱,56% H3, 9% H5, 9% H7, .,H11,H13,H15,0,20,40,60,80,100,H1,H3,H5,H7,H9,二、无功与谐波的基础知识(9/10),照明（荧光灯）： 单相负载 有较高3次谐波含量的电流,谐波电流是,S=22kVA,谐波频谱,51% H3, 11% H5, 8% H9, .,H11,0,20,40,60,80,100,H1,H3,H5,H7,H9,二、无功与谐波的基础知识(10/10),三、无功治理与谐波治理方法(1/24),同步调相机,并联电容器,静止无功补偿装置
8、(SVC) 晶闸管控制电抗器(TCR) 晶闸管投切电容器(TSC) 饱和电抗器,静止无功发生器(SVG),无功治理方法介绍,并联电容器,提供超前的无功 补偿量固定,三、无功治理与谐波治理方法(2/24),通常与固定电容器配合 电容器提供超前的无功 TCR提供滞后的无功，大小连续可调 总体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功可连续动态调节,晶闸管控制电抗器(TCR),三、无功治理与谐波治理方法(3/24),提供超前的无功 动态投切 分级调节,晶闸管投切电容器(TSC),三、无功治理与谐波治理方法(4/24),静止无功发生器(SVG),静止无功发生器（SVG：Static Var Genera
9、tor）的基本原理是指将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。,三、无功治理与谐波治理方法(5/24),SVG的三种运行模式:,三、无功治理与谐波治理方法(6/24),响应速度更快 SVG响应时间：5ms。 SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。,SVG特点：,安全性更高 SVG运行时被控制为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性,安全性更高。,补偿功能多样化
10、，使用同一套SVG装置，可以实现不同的多种补偿功能： 补偿负载无功 补偿负载谐波 补偿负载不平衡 同时补偿负载无功、谐波和不平衡,三、无功治理与谐波治理方法(7/24),谐波含量极低 SVG采用了PWM技术和多重化技术，与TCR型SVC相比，谐波含量极低，对电网不会产生二次污染。,占地面积较小 SVG采用直接PWM电流控制技术，其输出电流波形和相位完全可控，SVG能够在额定感性到额定容性的范围内运行。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积最大只有相同容量SVC的50%。,三、无功治理与谐波治理方法(8/24),几种无功补偿方案比较：,三、无功治理与谐波治理方法(9/24),
11、谐波治理方法,LC无源滤波器 单调谐滤波器 高通滤波器 双调谐滤波器,有源电力滤波器 并联型 串联型 与无源滤波器混合 统一电能质量调节器并联型串联型,三、无功治理与谐波治理方法(10/24),单调谐滤波器对某一频率的谐波呈现低阻抗，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器。,LC无源滤波器 单调谐滤波器 高通滤波器 双调谐滤波器,三、无功治理与谐波治理方法(11/24),有源电力滤波器并联型,三、无功治理与谐波治理方法(12/24),并联型有源滤波器原理简图：,三、无功治理与谐波治理方法(13/24),有源电力滤波器串联型,通常用于补偿电压型的谐波源 可等效为一个谐波电压源
12、解决电压波形问题,三、无功治理与谐波治理方法(14/24),安装并联型有源滤波器的非线性负载系统：,三、无功治理与谐波治理方法(15/24),混合型有源滤波器和无源滤波器混合,三、无功治理与谐波治理方法(16/24),统一电能质量调节器,并联型有源滤波器和串联型有源滤波器的组合 同时解决电压、电流的波形问题,三、无功治理与谐波治理方法(17/24),无源电力滤波器优点 结构简单 容易实现 便于维护 成本较低等 无源电力滤波器缺点 单调谐滤波器的谐振频率会因电容、电感参数的偏差或变化而改变 电网频率会有一定波动，这将导致滤波器失谐 电网阻抗变化对单调谐滤波器的滤波效果有较大影响 更为严重的是，电
13、网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能,三、无功治理与谐波治理方法(18/24),有源电力滤波器的特点 实现了动态补偿，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，电力有源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。,三、无功治理与谐波治理方法(
14、19/24),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。,有源电力滤波器技术参数：,三、无功治理与谐波治理方法(20/24),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
15、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。,三、无功治理与谐波治理方法(21/24),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
16、国标对补偿率的定义及测试方法有明确规定。,三、无功治理与谐波治理方法(22/24),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。,三、无功治理与谐波治理方法(23/24),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。,三、无功治理与谐波治理方法(24/24),四、某移动基站谐波治理案例（1/3）,系统配电如图所示：,四、某移动基站谐波治理案例（2/3）,治理方案如图所示：,四、某移动基站谐波治理案例（3/3）,治理效果：,谢谢大家！ 欢迎批评指正！,