1、有源電力濾波器工程應用案例 及應用問題分析,2012年4月,提高電能質量 優(yōu)化用電環(huán)境,應用案例及工程問題分析,電能質量概述(1/2),電能質量的定義：,從普遍意義上講是指供電和用電質量，包括電壓、電流的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)量值的偏差、波形畸變的程度、閃變等對用電設備造成影響的供電和用電問題。,電能質量概述(2/2),電能質量問題：,現(xiàn)階段，國內(nèi)研究最多（且有成熟的相對應解決方案）的電能質量問題主要集中兩個方面： 諧波 無功,諧波與無功的危害(1/4),對輸線路的影響,高分子材料的熱老化方程為 ：,對變壓器的影響,均方根值電流增加,負荷電流含有諧波時，將在三個方面引起壓器發(fā)熱的增加：,渦流損耗,鐵芯損耗

2、,諧波的危害(2/4),若變壓器正常的絕緣壽命為20年，由于諧波引起附加的溫升與變壓器絕緣壽命的對應表為：,對電容器的影響,電力諧波和電容器之間的作用是相互的，它不僅在電容器中產(chǎn)生額外的電力損耗，而且可能與電容器一起產(chǎn)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振。,諧波的危害(3/4),在電容器的作用下，諧波電流可以被放大25倍，而在諧振時可達30倍以上。諧振引起的過電壓和過電流會大大增加電容器的損耗和過熱，這往往導致電容器的損壞。,對繼電保護裝置的影響,諧波對繼電保護的影響主要表現(xiàn)為使繼電器動作特性畸變或效果降低，其后果常是保護裝置的拒動或誤動 。,諧波的危害(4/4),對電能表的影響,目前，計量中采用靜電感應式電能表

3、是按工頻(基波50Hz)純正弦交流額定工況設計制造的。存在電力諧波時，基波電流和諧波電流都會在電能表轉盤上產(chǎn)生渦流，因而諧波存在會影響計量的準確性。,增加設備容量。無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時，電力用戶的啟動及控制設備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大。,設備及線路損耗增加。無功功率的增加，使總電流增大，因而使設備及線路的損耗增加，這是現(xiàn)而易見的。設線路總的電流為 線路的電阻為，則線路的線損為： 式中 這一部分損耗就是由于無功引起的。,無功的危害(1/2),使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波

4、動，使電能質量降低。,在一般電網(wǎng)中 比 小的多，因此可以得出這樣的結論：有功功率的波動一般對電網(wǎng)電壓的影響較小，電網(wǎng)電壓的波動主要是由無功功率的波動引起的。電動機在啟動期間功率因數(shù)很低，這種沖擊性無功功率會使電網(wǎng)電壓距離波動，甚至使接在同一電網(wǎng)上的用戶無法正常工作。電弧爐、軋鋼機等大型設備會產(chǎn)生頻繁的無功功率沖擊，嚴重影響電網(wǎng)質量。,無功的危害(2/2),應用案例及工程問題分析,企業(yè)基本情況, 位于西安高新區(qū)，占地面積20畝，廠房面積28000平方米，員工人數(shù)310人； 有源電力濾波器行業(yè)標準起草單位之一、陜西省第一批高新技術企業(yè)、國家科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金支持單位、 國家火炬計劃承擔單位、西

5、安市電力電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟核心成員； 專注于電力電子電能變換和控制，提高電能變換效率和使用效能，提升電能價值、助力綠色環(huán)保。 西安交通大學電力電子及新能源技術研究中心和西安愛科電子有限責任公司聯(lián)合創(chuàng)辦的高新技術企業(yè) 。 1996年成立的股份制有限責任公司；,賽博電能質量產(chǎn)品發(fā)展歷程,國家級獎項,證書,核心價值,總人數(shù)：310人 平均年齡2829歲，骨干員工全體持股,人力資源,市場能力,公司通過十幾年的發(fā)展，在細分市場領域已經(jīng)形成品牌，具有較高的知名度； 與相關領域的客戶形成了穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關系，為客戶提供最佳服務； 設有北京、西安、武漢、上海、廣州、成都、濟南、南京等辦事處，銷售網(wǎng)絡完善； 擁有50

6、余人的專業(yè)客戶服務隊伍，在售前、售中、售后全過程為客戶提供全方位的優(yōu)質、快捷服務。,研發(fā)能力,研發(fā)經(jīng)費大于年銷售收入的10； 研發(fā)設計人員超過員工總數(shù)的47； 高素質研發(fā)團隊，博士3人，碩士17人，教授級高工2人； 與國內(nèi)業(yè)界重點大學建立了產(chǎn)學研一體化戰(zhàn)略合作關系； 設有系統(tǒng)與控制、功率變換、信號處理、監(jiān)控與軟件、結構工藝5個專業(yè) 組，是IGBT變流器最具實力的研發(fā)團隊之一； 西安市認定的電力電子企業(yè)技術服務中心; 取得和獲受理專利26項，發(fā)明專利6項.,成果與創(chuàng)新, 承擔國家和行業(yè)標準編制： 民航行業(yè)標準飛機地面靜變電源 國家標準中頻設備電壓規(guī)格 機械行業(yè)標準低壓有源電力濾波裝置 國家支持：

7、 能量回饋型交直流電子負載創(chuàng)新基金 有源電力濾波器創(chuàng)新基金/火炬計劃 中壓有源諧波及動態(tài)無功補償設備創(chuàng)新基金 參與多項國家軍用重點型號工程和國家重大科學工程: 大型預警機地面電源保障系統(tǒng) 大型艦船配套用高可靠電源系統(tǒng) 國家重大科學工程-上海同步輻射光源 國家大科學工程-中國散裂中子源,核心技術,大功率IGBT變流器及應用技術 變流器單元串并聯(lián)及多重化技術 逆變電源并聯(lián)冗余和并網(wǎng)回饋技術 大功率動態(tài)電源輸入功率波動控制技術 電源動態(tài)跟蹤控制技術 電源高精度數(shù)字控制技術 諧波動態(tài)監(jiān)測和控制技術 裝置故障診斷、智能監(jiān)控和成套技術 電源虛擬儀器測試技術,行業(yè)影響,中國電源學會會員、理事單位 中國電源學

8、會電能質量專委會秘書長單位 中國電工技術學會電力電子學會常務理事 歐盟-亞洲電能質量項目中國合作組成員 全國電力電子學標準化技術委員會委員 全國電壓電流及頻率標準化技術委員會委員 西安市電力電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟核心成員,西安市電力電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟核心成員,加入歐亞電能質量項目中國合作組,生產(chǎn)能力和質量保證,公司通過十幾年的發(fā)展，已初步形成了穩(wěn)定的工藝流程和1000MVA的年生產(chǎn)能力，建有防靜電焊接車間、組件生產(chǎn)車間、整機裝配車間、產(chǎn)品調(diào)試車間和產(chǎn)品試驗車間。 2009年通過北京新時代認證中心ISO 9001：2008質量管理體系認證，具備完善的功能、性能，以及電磁兼容、氣候、環(huán)境等型式試驗條件。,有源電力

9、濾波器技術特點,智能化控制電路,先進的功率變換技術,模塊化設計與并聯(lián)擴容,靈活的補償方式,簡單的操作機構,高可靠性,多項業(yè)界領先的自主知識產(chǎn)權核心技術,APF模塊技術特點,模塊體積小。,與電容組合后，一臺設備可 同時實現(xiàn)有源濾波與無功補償,APF模塊與無源濾波器可 靈活組合，補償250次諧波。,操作機構簡單安全。,價格低于純APF。,有源電力濾波器市場概況,2003年開始將西安交通大學有源電力濾波器的技術轉化為產(chǎn)品,目前在化工、光伏、建筑、煙草、電力、冶金、紡織、交通、軍工、鐵路等數(shù)十個行業(yè)應用,覆蓋30A、50A、75A、120A、150A、200A、240A、300A、400A等系列,超過

10、2000臺,累計運行數(shù)量最多,T-APF濾波器技術特點,混合型濾波器（T-APF）一般適用于負載諧波狀況變化不大，但諧波頻次種類較多的情況。使用無源濾波器對低頻的諧波如5、7次進行治理，使用有源濾波器對高頻的其他諧波進行治理。可大大減少有源濾波部分的設備容量，進而提高性價比。,混合型濾波器的型號，以200kvar無源100A有源濾波器為例：,-3指三相三線 -200指無源濾波器部分容量為200kvar； -100指有源濾波部分容量為100A；,T-SPA3-200-100A/0.4,T-APF濾波器技術特點,T-APF濾波器工作原理圖,濾波器容量的選擇分為數(shù)據(jù)計算及按照圖紙估算。 數(shù)據(jù)計算需要

11、得到兩個數(shù)據(jù)：負載總電流有效值、負載諧波電流畸變率。 按照圖紙估算：根據(jù)變壓器容量，負載類型及容量估算諧波含量。,當含有三次諧波時，選用如下型號有源電力濾波器：SPA4-100A/0.4,不含有三次諧波時，選用如下型號有源電力濾波器：SPA3-100A/0.4,APF選型指南,APF的選型,APF容量的計算,例如計算的諧波電流有效值為100A，則：,APF選型指南,有源電力濾波器安裝圖,APF選型指南,APF上圖指南,靜止無功發(fā)生器技術特點,響應時間最快,安全性能最好,補償功能多樣化,諧波含量極低,占地面積最小,操作更簡單,靜止無功發(fā)生器產(chǎn)品特點,單機最小容量35kvar，可與電容補償靈活組合

12、,單機可達1000kvar，占地面積小,可以補償無功、濾除諧波、消除三相不平衡,不受諧波及系統(tǒng)阻抗影響，可適用任何場合的無功補償,電容成套補償裝置（SPF-T系列）,響應時間較快,價格較低,采用晶閘管投切，涌流小,諧波含量極低,操作簡單,混合補償系統(tǒng)T-SVG（SVG+TSC系列）,響應時間較快,實現(xiàn)連續(xù)線性補償,不會發(fā)生過補,功率因數(shù)可保持在0.99以上,設備成本較SVG低,操作簡單,安全性高,SVG選型指南,無功補償容量計算 無功補償容量可按照變壓器容量的30%選擇。 例如：某配電所變壓器容量為1250kVA，該變電所需 要補償?shù)臒o功功率為： 125030%=375kVar 考慮一定裕量，

13、可選擇補償容量為400kVar的補償裝置。,SVG上圖指南,應用案例及工程問題分析,問題描述：電容補償柜經(jīng)常損壞，功率因數(shù)過低，造成無功罰款。,原因分析：大量使用變頻器，諧波電流以5、7、11、13、17次為主。,治理措施：采用SPA3系列有源電力濾波器對諧波電流進行集中治理。,典型應用案例一 一般工業(yè)現(xiàn)場 APF 應用,治理效果： 治理后畸變率降至3.4%，諧波電流大幅度降低，電容補償可靠性明顯提高，功率因數(shù)穩(wěn)定補償至0.95以上。,典型應用案例一 一般工業(yè)現(xiàn)場 APF 應用,典型應用案例一 一般工業(yè)現(xiàn)場 APF 應用,典型應用案例一 一般工業(yè)現(xiàn)場 APF 應用,問題描述：功率因數(shù)低，無功功

14、率大，造成無功罰款。,治理措施： 采用SPS系列靜止無功發(fā)生器（SVG）提高功率因數(shù)治理諧波。,典型應用案例二 鋼鐵行業(yè) SVG 應用,原因分析： 金屬冶煉系統(tǒng)中存在大量沖擊性非線性負載，功率因數(shù)低且變化快，諧波含量大（軋機系統(tǒng)）。,典型應用案例二 鋼鐵行業(yè) SVG 應用,典型應用案例二 鋼鐵行業(yè) SVG 應用,典型應用案例二 鋼鐵行業(yè) SVG 應用,典型應用案例三 某樓宇諧波治理,問題描述： 辦公大樓大量計算機、電梯、節(jié)能燈等非線性負載的使用使得電流電壓嚴重畸變，而且中線電流過大，出現(xiàn)N線絕緣老化導致跳閘現(xiàn)象。,原因分析： 由于樓宇中眾多的非線性負載的存在，會在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的3次、5次、7

15、次等諧波，尤其中線3次諧波電流較大。,治理措施： 用SPA4系列有源電力濾波器對辦公大樓進線進行集中治理。,治理效果： 辦公大樓進線的各相諧波電流畸變率大幅度降低，而且中線電流從65.0A下降至12.5A，有效避免了中性線過載事故的發(fā)生。,典型應用案例三 某樓宇諧波治理,典型應用案例三 某樓宇諧波治理,集中補償時帶 有電容器負載,危險,可能危險,建議,負載側,電網(wǎng)側,負載側,電網(wǎng)側,負載側,電網(wǎng)側,工程應用問題分析,補償照明類負載,熒光燈常用電感鎮(zhèn)流器(少)、電子鎮(zhèn)流器(多),工程應用問題分析,電子鎮(zhèn)流器種類很多,補償照明類負載,工程應用問題分析,鎮(zhèn)流器種類很多，用戶用什么也不是十分清晰； 熒光燈現(xiàn)在用電子鎮(zhèn)流器較多； 熒光燈和金鹵燈可能混接； 小結： 由于照明系統(tǒng)中的電子鎮(zhèn)流器趨于容性，使用有源電力濾波器的隨意性受到限制，必須要一定的技術支撐。,補償照明類負載,工程應用問題分析,選用電能質量設備