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电能质量治理技术探讨北京电力自动化设备有限公司刘雪伟18610283536主讲内容公司简介谐波概述产品介绍应用案例北京电力自动化设备有限公司简介北京电力自动化设备有限公司成立于1971年,座落于北京市海淀区西直门外，隶属于中国能建集团装备有限公司，主要从事电力系统自动化设备、智能电网电力电子设备、清洁能源利用的研究、开发、生产和销售，为电力行业、大型煤炭、冶金等用户提供提高电能质量以及电力系统优化的整体解决方案。北京电力自动化设备有限公司简介北电自动化实施人性化管理，经营暖心工程，切实维护、照顾好员工的利益。北京电力自动化设备有限公司简介装配车间、机电车间北京电力自动化设备有限公司简介面向市场和企业转型发展，北电自动化公司坚持自主创新，产品分为四大类：工业自动化产品：集中控制系统、传动类控制系统等；变电自动化产品：继电保护装置、小电流接地系统等；电能质量产品：静止无功发生器SVG、有源电力滤波器APF、高低压FC型滤波及无功补偿装置等；电能替代类产品：充电桩、岸电电源等。谐波概述-谐波的定义与产生源头在非线性负载上加理想正弦电压，但流过的电流是非正弦的，电流波形发生畸变。因此，非线性设备是电力系统谐波源。右下图表明畸变波形可用正弦波形的叠加表示。对正弦波做傅里叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波频率大于基波的分量称为谐波。不间断电源UPS计算机充电器音像设备变频空调晶闸管调光设备电子节能灯等变频调速器直流调速系统整流设备中高频感应加热设备晶闸管温控加热设备焊接设备电弧炉电力机车非线性负载谐波概述-谐波源谐波概述-谐波的危害谐波影响电动机效率和正常运行，寿命缩短加速电容器老化继电保护装置误动作容易引起局部谐振影响通信系统的正常工作增加变压器和线路损耗对电网的影响对电能计量的影响……谐波概述-对用户的危害设备产品费用支出安全谐波导致系统中电容器的老化、电抗器烧毁、损坏电动机、危害变压器产生过热、损坏通信设备、加速电缆老化。谐波影响生产线的安全稳定运行，导致产品质量下降，例如：造纸、纺织、流水线、电子元器件生产行业等。谐波增加线路损耗、导致用户用电费用增加，设计容量提高。谐波导致继电保护装置的误动作和拒动作，控制柜无法正常工作，存在谐振危险，增加电火灾的可能等。−APF：有源电力滤波器−以绝缘栅双极晶体管（InsulatedGateBipolarTransistorIGBT）为主体，辅之以直流储能环节、交流滤波环节等构成的电力电子变流器。−APF本质为可输出任意电流的电流源。−利用脉冲宽度调制技术产生谐波电流与无功电流。配电网无功补偿与谐波治理的首选—APF产品介绍负载电流APF输出电流电力系统电流APF投入运行前APF投入运行后产品介绍高压SVC高压FC低压APF整柜高压电能产品高压SVG低压电能产品低压SVG柜机SVG模块APF模块产品介绍有源电力滤波器（APF）技术特点1、数字式补偿,并且可对每次谐波进行单独设定；2、具备完整的保护装置和系统自诊断功能；3、内置无功补偿功能；4、可实现与上位机通讯的功能；5、具有可扩展功能。应用本产品可广泛应用于企业、商业和机关团体的供配电系统中。其主要应用的行业包括：电力系统、石油、烟草、化工、冶金、制药、造船、汽车制造、电信、水泥、矿山、电气化铁路、造纸、精密机械加工、焊接、纺织、印刷、精密电子、半导体生产企业等。产品介绍低压无功补偿装置（LSVG）技术特点1、具有自适应能力，能动态跟踪补偿系统无功，响应迅速，补偿精准；2、不受系统或回路阻抗变化的影响；3、补偿容量适中，限制过压能力强，抑制闪变，分相调节，损耗和噪音小。LSVG采用三电平技术，适用于1kV以下电力系统。SVG是目前最为先进的无功补偿装置，基于电压源型逆变器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。产品介绍高压静止无功发生器（SVG）技术特点高压静止无功发生器采用链式结构，损耗小，采用载波移相技术，可以在不增加IGBT开关频率的条件下实现有源滤波功能，无变压器，具有占地面积小和后期维修易操作等优点。静止无功发生器（StaticVarGenerator，SVG）是一种基于电压源逆变器的无功功率调节装置，可以从感性到容性平滑地调节无功功率。其基本原理是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输出电流，就可以使该电路发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。电能质量治理典型案例1——北京某机场行李运输部测试点谐波电流含量中，5次、7次、11次含量超过国家标准，为有效治理由变频器产生的大量谐波，在行李托运隧道负载处并联安装一台有源电力滤波器。某大型机场航站楼行李托运系统由总长约30km皮带输送系统和38km高速托盘系统组成，由大量变频器支撑整个系统的运行。该系统中变频器的应用导致产生大量谐波，不利于整个行李系统的的安全稳定运行。治理效果从下图中可以看出，加装BPAE系列有源电力滤波器可有效滤除电网中的谐波电流，改善电能质量。电能质量治理典型案例1——北京某机场行李运输部项目结论该大型机场航站楼行李托运系统采用加装BPAE系列有源电力滤波器的方案加以治理，效果显著，有效滤除了供电网络中的大量谐波电流，使谐波电流含量符合国家标准。经多位专家论证，一致认为BPAE系列有源电力滤波器运行安全可靠，可明显改善电网电能质量，降低设备损耗、延缓设备老化、减少因设备故障而产生的较大经济损失，使得行李托运系统的运行更加稳定，确保了机场客运工作的安全、有序进行。电能质量治理典型案例1——北京某机场行李运输部由于垃圾焚烧发电系统运行工艺的调节要求和降低厂用电率措施的重要性，目前，在各垃圾焚烧发电厂中变频调节技术运用十分广泛，从而产生了大量谐波，这些谐波会对其他设备产生干扰，影响了系统的稳定。电厂电流谐波含量比较大，其中5次谐波、7次谐波远超国标值，需要进行治理，现场安装两台200A的有源滤波器，采用集中补偿方式，即两台有源滤波器都安装在变压器的出口处。电能质量治理典型案例2——广东某垃圾电厂治理效果电能质量治理典型案例2——广东某垃圾电厂母线电压波形治理前治理后电流波形治理前治理后美国Bricmont的熔保炉美国Wagstaff的DC铸造机德国西马克1+4热轧机奥地利EBNER的推进式加热炉德国Mössner的锯床意大利Pomini的轧辊磨床一：项目背景某企业项目总投资70多亿元，采用国际一流的进口设备与先进技术，厂内设备对供电系统的电能质量要求比较高。进口先进设备。。。。。企业主要产品热敏印刷用PS和CTP版基；易拉罐罐料；铝箔坯料等高端产品。电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂二：供电状况概述公司总降变电站进线为两路220kV，通过220kV变电站Ⅰ#、Ⅱ#主变压器变为10kV供厂内使用，两台主变容量均为63MVA；总降低压侧为10kV出线，单母线分段运行方式，采用中性点不直接接地方式。下图为220kV总降变电站10kV系统图：电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂三：电能评估结果本次测试数据为全厂负荷15%左右，若全厂满负荷运行，10kV电能质量将严重恶化，电能质量问题甚至有可能影响220kV母线。10kV侧谐波次数以高次谐波为主，兼有三相不平衡、电压闪变、无功治理。0.4kV供电系统侧10kV供电系统侧5、7、11、13次谐波无功、闪变、三相不平衡5、7、11、13、23次谐波电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂低压侧并联APF装置，就地补偿系统谐波对特殊谐波或者高次谐波，采用APF+FC的方案对某些重要敏感设备，在电源端加装串联滤波器在整流变压器二次侧装设FC滤波支路四：电能治理方案0.4kV侧电能质量治理整流变压器二次（0.6—3kV）侧电能质量治理电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂母线上安装角接静止无功发生器SVG在10kV母线安装FC滤波器在每个整流变压器进线安装串联电抗10kV侧电能质量治理SVG已成电网和企业无功补偿的主流设备，在很多场合取代了SVC，成为电网和工业企业进行电能质量治理的首选方案。FC与SVG混合式使用，降低了系统的造价，特征谐波滤波效果明显，FC与SVG互为备用提高可靠性。电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂五：容量配置0.4kV侧电能质量治理APF配置清单电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂序号变压器名称负载类型变压器容量/MVA配置备注1磨床动力变轧辊磨床1.6APF治理二极管6脉整流2卸料动力变加热炉变频电机0.63APF治理二极管6脉整流3精轧动力变天车及车间公辅1.0APF治理二极管6脉整流4粗轧动力变天车及车间公辅1.0APF治理二极管6脉整流5T01涂层机列变涂层机T01部分2.5APF治理12脉变频器6T02涂层机列变涂层机T02部分2.5APF治理12脉变频器7T03涂层机列变涂层机T03部分1.25APF治理12脉变频器8T04涂层机列变涂层机T04部分1.25APF治理12脉变频器91#退火炉动力变加热炉、风机2.5APF治理6脉变频器102#退火炉动力变加热炉、风机2.5APF治理6脉变频器113#退火炉动力变加热炉、风机2.5APF治理6脉变频器124#退火炉动力变加热炉、风机2.5APF治理6脉变频器131#切边机动力变切边电机1.6APF治理二极管6脉整流142#切边机动力变切边电机1.6APF治理二极管6脉整流151#净循环动力变水泵2.5APF治理6脉变频器162#净循环动力变水泵2.5APF治理6脉变频器电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂10kV侧配置清单SVG配置清单I段母线FC参数II段母线FC参数安装位置安装容量实际效果Ⅰ段10kV母线20Mvar满足电能质量要求II段10kV母线20Mvar满足电能质量要求滤波支路次数5711131719电容器总安装容量（Mvar）23.6每台电容器额定电压（kV）7.6滤波支路次数5711131719电容器总安装容量（Mvar）20.6每台电容器额定电压（kV）7.6现场运行照片电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂现场运行照片电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂六：0.4kV侧电能质量治理实施效果APF投运安装示意图根据容量设计投运两台，测试过程中只测得一台投运的效果：单台APF投运前后电流波形对比图电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂七：10kV侧电能质量治理实施效果(a)冷轧车间无串抗有负载电网侧各次谐波含量柱状图(b)冷轧车间有串抗有负载电网侧各次谐波含量柱状图串联电抗器投运效果电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂SVG投运效果(a)热粗轧电流波形图(b)热精轧电流波形图(c)电网电流波形图(a)热粗轧电流波形图(b)热精轧电流波形图(c)电网电流波形图SVG投运后热粗轧、热精轧、母线电网电流波形图热粗轧、热精轧以及母线电流各次谐波THD含量电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂实时补偿谐波抑制电压暂态变化提高生产效率降低设备维护成本补偿三相不平衡提高设备使用寿命功率因数稳定在0.99以上治理效果治理效果电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料厂项目评价该项目投运后，最直接的效果就是用户的所有设备均可以正常的启动，互相之间的影响消除了，设备也不再无故损坏，整个公司可以按订单正常生产。该项目为EPC总包形式的电能质量综合治理项目，经过多轮的招投标工作，最后我公司由于方案完善、技术领先而高价中标，总合同额一千多万元。从项目初期的现场测试和勘查、最佳项目方案的设计、中标后的工程进度把控、所有设备图纸设计和二层小楼的土建设计、工程物料准备、安装施工队入驻，所有设备的安装接线，最终设备调试投运。在电能质量综合治理项目中，我公司拥有全套相关技术服务能力。电能质量综合治理典型案例3——山东某新材料