隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電力電子精密儀器的大量使用,對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。與此同時(shí),現(xiàn)代電網(wǎng)的用電結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化,非線性負(fù)荷和沖擊負(fù)荷的大量接入,使得電力能源受到的污染日益嚴(yán)重。電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)乎到人們的生活與安全。那么什么是電能質(zhì)量?電能質(zhì)量都包括什么?引起電能質(zhì)量的原因以及改善措施有哪些?
一、什么是電能質(zhì)量
電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量。理想的電能應(yīng)該是對(duì)稱的正弦波。一些因素會(huì)使波形偏離對(duì)稱正弦,由此便產(chǎn)生了電能質(zhì)量問(wèn)題。一方面我們研究存在哪些影響因素會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量問(wèn)題,一方面我們研究這些因素會(huì)導(dǎo)致哪些方面的問(wèn)題,最后,我們要研究如何消除這些因素,從而zd程度上使電能接近正弦波。
二、電能質(zhì)量具體指標(biāo)
電網(wǎng)頻率
我國(guó)電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率為50Hz,GB/T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》中規(guī)定:電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz,當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí),偏差限值可放寬到±0.5Hz,標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有說(shuō)明系統(tǒng)容量大小的界限。在《全國(guó)供用電規(guī)則》中規(guī)定“供電局供電頻率的允許偏差:電網(wǎng)容量在300萬(wàn)千瓦及以上者為±0.2HZ;電網(wǎng)容量在300萬(wàn)千瓦以下者,為±0.5HZ。實(shí)際運(yùn)行中,從全國(guó)各大電力系統(tǒng)運(yùn)行看都保持在不大于±0.1HZ范圍內(nèi)。
電壓偏差
GB/T12325-2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》中規(guī)定:35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)標(biāo)稱電壓的10%;20kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的土7%;220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%,-10%。
三相電壓不平衡
GB/T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》中規(guī)定:電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為:電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),負(fù)序電壓不平衡度不超過(guò)2%,短時(shí)不得超過(guò)4%;低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不做規(guī)定,但各相電壓必須滿足GB/T12325的要求。接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%,短時(shí)不超過(guò)2.6%。
公用電網(wǎng)諧波
GB/T14549--93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中規(guī)定:6~220kV各級(jí)公用電網(wǎng)電壓(相電壓)總諧波畸變率是0.38kV為5.0%,6~10kV為4.0%,35~66kV為3.0%,110kV為2.0%;用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值應(yīng)保證各級(jí)電網(wǎng)諧波電壓在限值范圍內(nèi),所以國(guó)標(biāo)規(guī)定各級(jí)電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生的電壓總諧波畸變率是:0.38kV為2.6%,6~10kV為2.2%,35~66kV為1.9%,110kV為1.5%。對(duì)220kV電網(wǎng)及其供電的電力用戶參照本標(biāo)準(zhǔn)110kV執(zhí)行。
公用電網(wǎng)間諧波
GB/T24337-2009《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》中規(guī)定:間諧波電壓含有率是1000V及以下《100Hz為0.2%,100~800Hz為0.5%,1000V以上《100Hz為0.16%,100~800Hz為0.4%,800Hz以上處于研究中。單一用戶間諧波含有率是1000V及以下《100Hz為0.16%,100~800Hz為0.4%,1000V以上《100Hz為0.13%,100~800Hz為0.32%。
波動(dòng)和閃變
GB/T12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》規(guī)定:電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn),在系統(tǒng)運(yùn)行的較小方式下,以一周(168h)為測(cè)量周期,所有長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt滿足:≤110kV,Plt=1;》110kV,Plt=0.8。以及單個(gè)用戶的相關(guān)規(guī)定。
電壓暫降與短時(shí)中斷
GB/T30137-2013《電能質(zhì)量電壓暫降與短時(shí)中斷》定義:電壓暫降是指電力系統(tǒng)中某點(diǎn)工頻電壓方均根值突然降低至0.1p.u.~0.9p.u.,并在短暫持續(xù)10ms~1min后恢復(fù)正常的現(xiàn)象;短時(shí)中斷是指電力系統(tǒng)中某點(diǎn)工頻電壓方均根值突然降低至0.1p.u.以下,并在短暫持續(xù)10ms~1min后恢復(fù)正常的現(xiàn)象。
在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中,電壓暫降和中斷已成為最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題。
(1)電壓質(zhì)量:是以實(shí)際電壓與理想電壓的偏差,反映供電企業(yè)向用戶供應(yīng)的電能是否合格的概念。這個(gè)定義能包括大多數(shù)電能質(zhì)量問(wèn)題,但不能包括頻率造成的電能質(zhì)量問(wèn)題,也不包括用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和污染。
(2)電流質(zhì)量:反映與電壓質(zhì)量有密切關(guān)系的電流的變化,是電力用戶除對(duì)交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外,還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運(yùn)行。
(3)供電質(zhì)量:其技術(shù)含義是指電壓質(zhì)量和供電可靠性,非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量。
(4)用電質(zhì)量:包括電流質(zhì)量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權(quán)利、責(zé)任和義務(wù),也包括電力用戶是否按期、如數(shù)交納電費(fèi)等。
三、電能質(zhì)量綜合治理辦法
1、治理電力諧波的方法
(1)主動(dòng)治理:即從諧波源本身出發(fā),通過(guò)改進(jìn)用電設(shè)備,使其不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波;
(2)受端治理:即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā),提高它們抗諧波干擾能力;
(3)被動(dòng)治理:即通過(guò)安裝電力濾波器,阻止諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng),或者阻止電力系統(tǒng)的諧波流人負(fù)載端。
2、改善電能質(zhì)量的措施
(1)調(diào)整負(fù)荷:降低負(fù)荷的敏感程度,如果遇到要求負(fù)荷電能質(zhì)量特別高的電力用戶僅依靠電力企業(yè)采取的措施不能在短期內(nèi)滿足要求時(shí),電力企業(yè)必須和電力用戶共同采取必要措施,使負(fù)荷減少敏感程度及降低電能質(zhì)量不良程度。
(2)改進(jìn)電網(wǎng):電力企業(yè)安裝抑制或消除電力擾動(dòng)的必要設(shè)備。
經(jīng)常見到的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置功能相對(duì)單一,例如,有源濾波器 APF、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器DVR等,全面實(shí)現(xiàn)電力用戶電能質(zhì)量的設(shè)備是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器,其組成主要是一個(gè)電容把一個(gè)并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器耦合在一起。
并聯(lián)逆變器進(jìn)行非線性負(fù)載諧波電流及無(wú)功補(bǔ)償使用的是 PWM 電流控制技術(shù),起到調(diào)節(jié)電容直流電壓的作用。而串聯(lián)逆變器使用的是 PWM 電壓控制技術(shù),其主要是對(duì)輸出的電壓進(jìn)行控制以達(dá)到抑制諧波、降低負(fù)荷的敏感程度。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器由于其是有一個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)的逆變器組成的,因此其具有兩者的結(jié)構(gòu)特征,對(duì)網(wǎng)絡(luò)中電流和電壓的波形可同時(shí)調(diào)節(jié),電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的應(yīng)用極大的解決了電網(wǎng)中電能質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。
電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與治理
APView500電能質(zhì)量分析
APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置(APVIew電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)儀)采用了高性能多核平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng),遵照IEC61000-4-30《測(cè)試和測(cè)量技術(shù)-電能質(zhì)量測(cè)量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量,集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度監(jiān)測(cè)、事件記錄、測(cè)量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量精度以及時(shí)鐘同步、事件標(biāo)記功能等各個(gè)方面均達(dá)到了IEC61000-4-30級(jí)標(biāo)準(zhǔn),能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求,廣泛適用于化工、鋼鐵、冶金、醫(yī)院、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、交通建筑等行業(yè)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
技術(shù)參數(shù)
功能描述
人機(jī)界面功能
裝置面板上帶有5寸彩色LCD顯示器,以圖形方式顯示主要電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。可對(duì)裝置硬件時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置,對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改和查看,并設(shè)有密碼保護(hù)。
記錄存儲(chǔ)功能
可對(duì)基本監(jiān)測(cè)指標(biāo)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)實(shí)時(shí)保存,3min數(shù)據(jù)在裝置上保存時(shí)間為3個(gè)月,之后按”先進(jìn)先出”原則更新。
統(tǒng)計(jì)功能
裝置具有對(duì)主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)的在線統(tǒng)計(jì)功能,可統(tǒng)計(jì)一天內(nèi)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的數(shù)值、平均值、95%概率大值等。
通訊功能
裝置提供多種通訊接口方式,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸或定時(shí)提取存儲(chǔ)記錄,可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)接口與遠(yuǎn)方電能質(zhì)量管理中心通訊,也可通過(guò)RS232C/RS485接口,以Modem或GPRS方式與遠(yuǎn)方通訊。裝置支持Modbus-TCP/RTU通訊協(xié)議、IEC 61850 MMS協(xié)議。
GPS 對(duì)時(shí)功能
裝置具有GPS硬對(duì)時(shí)接口,可以接受IRIG-B碼對(duì)時(shí)或者秒脈沖對(duì)時(shí)信號(hào),保持與遠(yuǎn)方管理中心的時(shí)鐘一致。
告警功能
可根據(jù)用戶設(shè)定的電能質(zhì)量指標(biāo)的限值,啟動(dòng)指標(biāo)報(bào)警功能。
錄波功能
裝置對(duì)每個(gè)告警事件都進(jìn)行錄波,并提供手動(dòng)錄波功能。
本地PQDIF文件生成功能
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及事件記錄可以PQDIF文件格式保存。
ANAPF有源電力濾波器
ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)上,負(fù)載電流通過(guò)電流互感器采集到ANAPF的控制系統(tǒng)中,通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電路將負(fù)載電流中的諧波分量和基波無(wú)功分量分離出來(lái),經(jīng)控制系統(tǒng)快速運(yùn)算,采用PWM控制IGBT的觸發(fā)。通過(guò)由大容量IGBT管組成的三相變流器向系統(tǒng)注入補(bǔ)償電流,該補(bǔ)償電流與負(fù)荷電流中的諧波電流大小相等,方向相反,互相抵消,實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能,保證最終流入電網(wǎng)電流是正弦波。
靜止無(wú)功發(fā)生器是一種用于補(bǔ)償無(wú)功以及不平衡的新型電力電子裝置,它能對(duì)大小變化的無(wú)功以及負(fù)序進(jìn)行快速和連續(xù)的補(bǔ)償,其應(yīng)用可克服LC補(bǔ)償器等傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償器響應(yīng)速度慢、補(bǔ)償效果不能精確控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點(diǎn)。
ANSVG-S-G智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置
智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置是一種用于補(bǔ)償無(wú)功,提高功率因數(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)極補(bǔ)償效果的新型電力電子裝置;智能控制系統(tǒng)主動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)的線性動(dòng)態(tài)需求,自動(dòng)調(diào)節(jié)有源及無(wú)源模塊的輸出配比;ANSVG-S-G整機(jī)主要是由ANSVG-S-G模塊、無(wú)源補(bǔ)償電容器(TSC)、液晶顯示器組成。
目前,根據(jù)行業(yè)的發(fā)展情況以及市場(chǎng)的需求,ANSVG-S-A系列混合動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償裝置應(yīng)用新技術(shù),以SVC的經(jīng)濟(jì)性和APF濾波的有效性等特點(diǎn)為基礎(chǔ),將兩者技術(shù)相結(jié)合,突破傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),在有效降低成本的同時(shí),實(shí)現(xiàn)諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償。
ANSVG-S-A系列混合動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償裝置主要用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功電流,諧波電流以及不平衡電流等,以此達(dá)到提高用電效率、節(jié)能以及改善電能質(zhì)量的目標(biāo)。
ANSVG-G-A混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置
混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)可兼治理系統(tǒng)的諧波,該設(shè)備以并聯(lián)方式接入配電系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電流分量,通過(guò)控制計(jì)算及邏輯變化,計(jì)算出系統(tǒng)所需的無(wú)功分量及諧波分量,然后通過(guò)電力電子變流器實(shí)時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的無(wú)功與諧波電流注入到配電系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)償,兼諧波治理。
對(duì)于電能質(zhì)量治理未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),前瞻產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為將主要表現(xiàn)為以下三點(diǎn)。
【1】,產(chǎn)業(yè)規(guī)模將保持快速穩(wěn)定增長(zhǎng)。當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)非常有利于電能質(zhì)量企業(yè)的發(fā)展。節(jié)能減排、智能電網(wǎng)等政策標(biāo)準(zhǔn)的推出為電能質(zhì)量的發(fā)展提供了非常有利的政策環(huán)境。國(guó)內(nèi)電能質(zhì)量的市場(chǎng)空間非常廣闊,且隨著用戶對(duì)電能質(zhì)量的認(rèn)知度不斷提高,市場(chǎng)空間將越來(lái)越大。
【2】,人才需求將進(jìn)一步加大。當(dāng)前,我國(guó)電能使用效率與國(guó)外仍然存在較大差距,隨著企業(yè)、用戶對(duì)電能質(zhì)量的日益重視,高水平的電能質(zhì)量治理人才將成為行業(yè)爭(zhēng)奪的“熱點(diǎn)”。
【3】,越來(lái)越重視提高產(chǎn)品的附加值。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能電網(wǎng)的發(fā)展,可以為電能質(zhì)量治理產(chǎn)業(yè)“賦能”。未來(lái),用戶將不僅需要電能質(zhì)量治理企業(yè)提供相應(yīng)的硬件產(chǎn)品,更需要企業(yè)提供一套包括診斷、監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等全套解決方案,有效提高產(chǎn)品后續(xù)服務(wù)能力。
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