电能质量与节能技术

电能质量和节能技术我们的目标：创造安全、绿色、高效的供电系统。高质量的供电系统也是节能的。现代供电系统电能形式多样化----火电、水电、核电、风电、光电、潮汐电更凸现提高电能质量和节电的重要地位----智能电网供电电能质量:频率电压波动波形畸变电压闪变功率因数三相系统不平衡均已制订有响应的国家标准供电现状提高供电质量和节能的方向措施电力部门努力提高供电质量现实电力市场有多因素干扰实际提高电能质量需求旺盛一、频率frequency国标规定电网供电频率为500.5Hz。对频率敏感的仪器或设备影响大。如同步机、电钟、调谐设备等。一般频率由供电系统确定.二、电压波动magnitudeofavoltagefluctuation电压波动为电压最大和最小有效值之差与额定电压的百分数，即电压波动常会引起许多电工设备不能正常工作。如轧钢机轧制的钢板出现花纹，影响钢板质量。100%100%MINMAXNNUUUUUV国标规定了各个电压等级的电压波动允许范围，额定电压kV电压波动允许值Vt，%10及以下2.535-1102220及以上1.6引起电压波动的原因是系统内的无功功率或无功电流变化。电压波动计算:ΔU=ΔQ/Smin式中：Smin为系统最小短路容量。三、三相不平衡度unbalancefactor由于长距离送电或大功率不对称的负荷（如电气化铁路）的存在，会引起供电系统三相不平衡现象。三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。100%bnmUUV以上指标与节能的关系不太大，但以下几项就有直接的关系。四、闪变flicker闪变是人对照度波动的主观视感。引起闪变的设备主要有电弧炉、点焊机等。供电系统里伴随闪变会有大量的无功流，虽然是瞬间发生，但这种无功电流的量很大，所以造成的损耗就大。容量小于10MVA的电弧炉变压器常在高压侧装设电抗器，以降低短路电流和稳定电弧电流；而较大容量电弧炉的变压器，由于其本身漏抗已大不需再串电抗器。电弧炉闪变可预测：短路压降法（scvd）最大无功功率变动量法互降常数法节能计划:1,供电系统的容量足够大时，也能减少闪变的发生，因而减少损耗。2,直流电弧炉电流平稳，且三相对称，与同容量交流电弧炉比，电压波动和闪变可降50%，因而节能，但投资较大，大约比交流电弧炉增加30%以上。3,另解决方法是在发生闪变现象的供电系统装设SVC（静止无功补偿装置），可以瞬间补偿大量的无功，从而达到节能的目的。有关SVC,后面有介绍.五、功率因数powerfactor供电系统的功率因数与节能增容有关。P——有功功率kWQ——无功功率kVarS——视在功率kVA功率因数——COS=P/SSQP222QSp•供电管理部门对功率因数有要求,一般为COS0.9•功率因数低时，较大的无功电流造成很大的供电系统有功损耗，并会引起较大的线路压降，使负荷端电压较低，影响用电质量——设备欠压运行。动力设备长期欠压运行的后果则是动力设备烧毁。•COS较低时需进行无功补偿——电容供电系统的无功补偿量(即补偿电容容量)可以计算Q=P（tg-tg）PPSQQS12损耗与供电电流的平方成正比。供电系统供电电流如能降低20%,则在供电系统输电线上的有功损耗降低36%.所以补偿功率因数减少供电系统的线损有很大节能意义.对一配电变压器，其所需配置的无功功率补偿量可以估算为配电变压器容量的1/3。如配电变压器容量为1250kVA，则可估算电容器的补偿量约为450kVar。就地补偿和集中补偿12500kVA8%10kV负荷集中补偿就地补偿原则是采用就地补偿方式所以在条件满足时，应采用就地补偿——降低供电系统线损、增加变压器出力六、谐波harmornic国际上公认的谐波定义为“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍“，由于谐波的频率是基波频率的整数倍,常称之为“高次谐波”。权威谐波定义:“谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的h次分量”.(IEV101-04-39)对谐波h次的定义为“以谐波频率和基波频率之比表达的整数”.(IEV101-04-40)“谐波为一周期波或量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍”.(IEEE标准519-1981)谐波现场实测到的谐波电压和电流波形供电系统谐波产生主要有两类负荷：1.半导体非线性元件;2.含电弧和铁磁非线性设备.半导体电力电子设备是由于电路中强迫换流而产生谐波，比如三相全波整流。这是应用最多产生谐波的电路。变压器设计不当和电弧炉也产生谐波。冶金、钢铁、石油、半导体、电气化铁道、半导体等行业是谐波的产生大户。常用工业设备——整流(直流)电源，变频电源。如电解铝厂的电解槽设备，钢厂轧钢机、电弧炉，直流镀膜设备，半导体材料生产设备，中频熔炼炉等都是产生谐波的设备，其产生的谐波对供电系统有不可忽视的破坏作用。近年来,电力电子技术的发展及其工业和交通部门的供电系统中,广泛的应用(电气化铁道,电弧炉炼钢等),谐波的有害影响已十分严重.世界许多国家,包括我国，先后制订相应的国际标准和国家标准加以限制.当正弦基波电压施加于非线性负荷时,负荷吸收的电流与施加的电压波形不同,畸变的电流会影响电流回路中的配电设施,如变压器,开关设备等,产生畸变电压,然后影响所有负荷.此谐波电流值实际上与50Hz的基波电压和供电网的阻抗无关.因此大多数的谐波源可视为”恒流源”.研究谐波问题的意义供电谐波属于电力系统污染,其影响比自然环境污染范围大,距离远。谐波污染主要影响:1．对旋转电机产生附加功率损耗和发热，产生脉动转矩,降低出力；2．对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流放大，导致电容器因过负荷过电压而损坏；对电力电缆也会造成过负荷或过电压击穿；3．对供电网和导线增加损耗,严重的甚至烧毁；4．电流波形的畸变明显影响断路器的断路容量；熔断器是由于发热,熔片熔断的.熔断器由几个带状熔片组成，它们对谐波过流集肤效应引起的发热很敏感；5．变压器会增加附加发热,降低带负荷能力;6．调速驱动器(ASD)在谐波干扰下,影响其工作状态;7.电子设备的信号系统受干扰工作不正常;8.照明设备寿命降低;9.对继电保护和自控装置产生误动作或拒动;10.影响仪表电量计量准确或损坏;11.造成通讯干扰.从以上内容可见，谐波导致系统损耗增加是明显而突出的后果，应有效消除供电系统的谐波。对谐波的管理和监测必须区别谐波和暂态现象，根据傅立叶级数的基本理论，被变换的波形必须是周期性的和不变的。中华人民共和国国家标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549—93一般变流装置的原理结构为三相交—直整流、交—直—交变频和交—交变频（较少应用）。大量应用的为交—直整流和交—直—交变频设备。直流+inverter中频这类设备在三相电源交流侧产生的特征谐波电流次数由整流脉波数决定：六脉波整流：h=6P±1P=1,2,3,……则可以确定，供电系统产生的特征谐波主要为5、7、11和13次谐波。谐波次数越高，谐波含量越小。所以更高次的谐波可忽略。Y十二脉波整流:h=12P±1P=1,2,3,……根据这个原理，可以设计制造高脉波整流设备，以减少某些谐波含量，达到节能的目的。变流设备在产生谐波的同时，使设备运行功率因数也比较低，影响供电质量。一般此类设备的功率因数在0.70.8左右。（现有些整流变频设备应用新技术后，其功率因数能达到0.9以上）。供电系统存在谐波就应该进行治理。一般采用装设无源滤波器（FC）的技术来达到滤波的目的。装设滤波器的同时可以对供电系统进行功率因数的补偿，一举两得。高压（10kV）滤波补偿装置低压（400V）滤波补偿装置常用滤波器（FC）有多种结构，如下图所示。常用滤波补偿支路及其接线方式(1)单调谐滤波支路(2)二阶减幅型滤波支路(3)C型滤波支路LCLRCLC1C2R（2）（3）（1）单调谐滤波器由于其结构简单、维护方便及价格较低而被广泛采用。由于大多生产负荷是在不断变化的，所以滤波支路补偿量也要跟随发生变化，否则会出现过补偿现象（过补偿也会耗能）。静止无功补偿装置——SVC静止无功补偿装置有多种结构——TCT、TCR、TSC、SR。TCRTSCSRTCT静止无功补偿装置(SVC)的多种结构简图实例单晶炉可投切单调谐滤波支路400V单晶炉装设可投切单调谐滤波支路后,功率因数从0.7提高到0.98,实际工作电流从190A降到150A,现代技术——有源滤波器ActivePassionFilter有源滤波简单理解就是波形补偿，因为谐波是非线性负荷使供电波形发生畸变，只要对畸变的波形进行波形补偿，即缺少的或多余的波形部分用另外的波形完全补充或抵消，就可以得到理想的正弦波形。下面的三个波形分别是有源滤波器补偿前、补偿后和补偿波形（理论计算结果）。有源电力滤波器补偿效果0.4500.4600.4700.4800.4900.500.........-1.50-1.00-0.500.000.501.001.50yila-1.50-1.00-0.500.000.501.001.50yisa-0.500.50yifa目前有源滤波器的价格与无源滤波比还是比较高，所以多用在某些特殊工况场合.为降低成本，现在多采用有源滤波和无源滤波混合的方案。随着1994年3月1日国家技术监督局发布《电能质量公用电网谐波》——GB/T14549-93国家标准的颁布实施，以法律的形式规定了供电系统的谐波限制及治理标准。电力部门对谐波的危害和治理的认识也得到进一步提高，积极创造条件对供电系统的谐波进行综合治理。谢谢！