电能质量基础知识培训

图（无电抗器）
3相负载主要产生5，7，11，13次谐波电流
iIs e1
M
电流是不稳定的
C
e2
e3
谐波电流是 S=23kVA THDI=124%
2.5 12 .5001.5 -0.5 -1 --12.5 -2.5
谐波频谱
81% H5, 74% H7, 42% H11, ...
100 50 0
H1 H5 H7 H11 H13 H17 H19 H21 H23
电能质量基础知识培训
培训人：徐翔
报告内容：
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
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。
三、无功治理与谐波治理方法(9/24)
几种无功补偿方案比较：
三、无功治理与谐波治理方法(10/24)
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(11/24)
二、无功与谐波的基础知识(9/10)
➢电焊机：
单相负载 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, ...
100 80 60 40 20 0
H1 H3 H5 H7 H9 H11 H13 H15
二、无功与谐波的基础知识(10/10)
LC无源滤波器
➢单调谐滤波器 ➢高通滤波器 ➢双调谐滤波器
Z fn
R fn
j(n S L
1)
n S C
Zfn
单调谐滤波器对某一频率的谐波呈现低阻抗，与电 R
nS)
网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流
0
1
2
入滤波器。
三、无功治理与谐波治理方法(12/24)
➢有源电力滤波器——并联型
交流 iS
System
Iload
M
Load
Isvg
SVG
注： 蓝色表示电压 绿色表示电流
三、无功治理与谐波治理方法(6/24)
SVG的三种运行模式:
三、无功治理与谐波治理方法(7/24)
SVG特点：
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。
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(20/24)
有源电力滤波器技术参数：
✓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
二、无功与谐波的基础知识(3/10)
谐波
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：
yt h1t h3t
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
三、无功治理与谐波治理方法(19/24)
有源电Байду номын сангаас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
三、无功治理与谐波治理方法(16/24)
➢混合型－有源滤波器和无源滤波器混合
C5 C7 CHF
负载
APF L5 L7
变流器
RHF LHF
三、无功治理与谐波治理方法(17/24)
➢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(18/24)
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。
量SAPF为：
SAPF 3 U APF I APF
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。
三、无功治理与谐波治理方法(21/24)
✓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。
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。
二、无功与谐波的基础知识(2/10)
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
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，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(8/24)
谐波含量极低
电容器提供超前的无功
I
TCR提供滞后的无功，大小连续可调
可
✓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
V
控
电
纳
L
三、无功治理与谐波治理方法(4/24)
➢晶闸管投切电容器(TSC)
抑制冲击电流
I
的小电感
V
V ABC
IC
O IL I
✓提供超前的无功 ✓动态投切 ✓分级调节
三、无功治理与谐波治理方法(5/24)
二、无功与谐波的基础知识(8/10)
➢整流器等：
3相负载主要产生5，7，11，13次谐波电流
图
L1 iIs e1
L2 e2
L3 e3
C Z
谐波电流是 S=122kVA THDI=30%
谐波频谱
28% H5, 5% H7, 6% H11, ...
100 80 60 40 20 0
H1 H5 H7 H11 H13 H17 H19
安装并联型有源滤波器的非线性负载系统：
E V
V1
Vi
V1
V1
Transformer（变压器） HV / LV
IL
INL
IAHF
I1
I1 + I5 + I7
I5 + I7
Linear loads （线性负载）
Non-linear Loads（非线性负载）
Active Harmonic Filter （有源谐波滤波器）
Active Power Filter
p
Sap
Sbp
Scp
iDC
va
vb
vc
uDC
San
Sbn
Scn
n
三、无功治理与谐波治理方法(14/24)
➢有源电力滤波器——串联型
ZS iS
VC +
eS -
ZL VL
✓通常用于补偿电压型的谐波源 ✓可等效为一个谐波电压源 ✓解决电压波形问题
三、无功治理与谐波治理方法(15/24)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1
-1.5
谐波由非线性负载产生
1.5 1 0.5 +0 -0.5 -1 -1.5
二、无功与谐波的基础知识(4/10)
U I
I U
➢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、无功与谐波的基础知识(5/10)
作为基波的％的谐波频谱 100 50
0
➢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。
➢ 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%。
➢照明（荧光灯）：
单相负载 有较高3次谐波含量的电流
Is
FL
谐波电流是 S=22kVA
谐波频谱
51% H3, 11% H5, 8% H9, ...
100 80 60 40 20 0
H1 H3 H5 H7 H9 H11
三、无功治理与谐波治理方法(1/24)
无功治理方法介绍
➢同步调相机 ➢并联电容器 ➢静止无功补偿装置(SVC)
➢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。
二、无功与谐波的基础知识(6/10)
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(7/10)
➢变速传动装置（交流）
iL
电网
iC
APF
负载
(谐波源)
iL iLf iLh iC iLh iS iL iC iLf
三、无功治理与谐波治理方法(13/24)
并联型有源滤波器原理简图：
usa iSa usb iSb usc iSc
Harmonics Source
iLa
iLb
Load
iLc
iCc iCb iCa
Lc Lb La
✓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)
三、无功治理与谐波治理方法(2/24)
➢并联电容器
I
U
S
IC
R
IRL
C
L
IC
U
I
IRL
✓提供超前的无功 ✓补偿量固定
三、无功治理与谐波治理方法(3/24)
➢晶闸管控制电抗器(TCR)
✓通常与固定电容器配合
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，电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能
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）
一、电能质量概述(3/5)
➢波形和对称度
✓三相不对称 ✓谐波（harmonics） ✓暂态脉冲（impulsive transient） ✓暂态振荡（oscillatory transient）
➢静止无功发生器(SVG)
静止无功发生器（SVG：Static Var Generator）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。
Is
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
一、电能质量概述(5/5)
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)