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无功补偿与谐波治理结合暨电能质量综合治理产品介绍
发布时间:2019-01-25   点击次数:192次

  安科瑞 王长幸

  江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405

  摘要:电能质量治理设备制造业的发展,主要体现在无功补偿技术和谐波治理技术的不断创新和改进。本文结合行业发展时应市场需求而衍生出的具有代表性的产品与我司能提供的治理方案来整理出无功补偿与谐波治理间的关系。

  关键词:电能质量治理,无功补偿,功率因数,谐波治理

  引言:全球工业的快速发展对能源消耗需求迅速增加,以至上世纪70年代起,造成能源大量消耗、能源价格快速上涨,以致能源危机发生。与此同时,矿物能源的使用对自然环境产生破坏,出现全球气候异常。

  在此背景下,各国政fu出台能源节约政策,鼓励节能产品应用和技术推广。而对于我司节能控制事业部来说,我司能为市场做出服务就包括了电能质量治理。而想要治理好电能质量,就需要知道电能质量中无功补偿与谐波治理的关系。

  1、无功补偿技术

  随着电力监管部门对用户功率因数要求的提高和企业对电能质量重要性认识的提升,无功补偿装置在国内的市场需求自2004 年左右开始爆发。对于用电业主而言,要求相当明确,功率因数达标,不被供电部门罚款甚至奖励,而由于负载侧设备的更新换代,无功补偿技术需要面对的问题就越发多样,(三相不平衡,零线过流,负载变化频率和幅值较大,谐波危害等等。)

  因为无功补偿面对的问题日益增加,无功补偿的方法也就越来越多,从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用,经历了数十年的发展历程,先后出现了调相机、固定补偿电容器、SVC、SVG等产品。

  阶段:同步调相机和固定补偿电容器:早期的无功补偿装置是同步调相机和固定补偿电容器。前者运行成本高、安装复杂,后者补偿容量较大,但不能连续调节,而且可能与系统发生谐振。同步调相机补偿方式在目前的无功补偿项目中已不再使用。固定补偿装置主要由电力电容器、电抗器和机械开关构成,是一种较简单的无功补偿装置,可分级、分组投切,但不属于动态无功补偿,因其价格低廉,适用于负荷波动不频繁的场所。固定补偿装置是70年代普遍的无功补偿方式,随着电力电子的应用以及电力部门的考核要求,固定补偿不能满足系统无功的变化,同时因为系统谐波,固定补偿装置对谐波放大形成隐患,该技术目前已逐渐淘汰。

  第二阶段:SVC(静止型动态无功补偿装置):随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用,应用晶闸管技术的SVC进入无功补偿的舞台,并逐渐占据主导地位。SVC是一种快速调节无功功率的装置,具有反应时间快(5~20MS)、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广和价格低廉等优点,有较好的抑制不对称负荷的能力,应用十分广泛。SVC从70年代在国外投入运行,我国开始研究SVC技术及其应用。

  第三阶段:SVG(静止无功发生器):将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上,适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值,或直接控制其交流侧电流,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。与SVC相比,SVG的响应速度更快、运行范围更宽、谐波电流含量更小,并且电压较低时SVG仍可向系统注入较大的无功电流,其储能元件的容量较其所提供的无功容量要小。

  我司产品型号,ANSVG、ANSVG也应市场需求研发成功。针对现场常见问题,我司产品ANSVC中投切开关还带有过零投切功能,很好的避免了电容器投切时产生涌流烧坏投切接触器的问题,而ANSVC中的功率因数控制器的亮点就在于它带有功率因数超前,无功容量过补后的路数切除功能,能有效避免用电业主在使用部分容性负载后导致的功率因数超前过低的用电罚款。我司产品ANSVG主要面对的工作场合为,(负载变化频率块,有功变化幅值大,功率因数高,感性无功需求大,谐波含量大,工作环境恶劣等)。以上场合常规SVC由于电容本身有放电时间,和投切延时,已不能满足用户要求,虽然ANSVG相较于ANSVC的价格昂贵,我们在进行无功补偿方案制作时也只能使用全ANSVG,或ANSVC+SVG(即是ANSVG-S-G)的方法。

  2、谐波治理

  由于电力监管部门对大部分用电用户未进行强制管制,部分用电用户还未了解到电网中谐波的危害。而大部分有经验的用电电工都已经开始了对研究谐波与对治理谐波的方法。

  谐波治理技术的演变大致经历了以下几个阶段:

  阶段:无缘滤波设备。主要针对高压专线电网中的谐波问题,电弧炉、中频炉等大容量非线性负荷,谐波的治理技术采用无源滤波技术-LC滤波回路,主要通过了解电网线路阻抗,有针对性地设计特征次谐波LC 滤波回路,实现对固定次数的谐波滤出,但有谐振的危险,对设计方案、元器件性能、检测数据有较高要求,无法满足系统变化的需求。

  第二阶段:串抗型电容器或消谐电容器。采用电容器回路安装电抗器的技术保护补偿电容器来达到抑制谐波的作用,其一般只能多减少30%左右的谐波流入电网,因此该技术不能减少谐波源增加对公用电网所造成的危害。

  第三阶段:有源电力滤波器(APF)。随着谐波问题逐渐由专用电网向公用电网转移,有源滤波技术快速发展,成为目前行业技术发展的主流:一方面,公用电网负载容量普遍较小、数量众多,产生的谐波次数和谐波量波动大,采用无源滤波技术不但不能解决谐波问题而且有可能引起谐振;另一方面,公用电网无功补偿大多采用集中补偿,谐波抑制技术易造成补偿回路过载, 而有源滤波技术从补偿电网中检测出谐波电流和基波无功,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而方向相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波成分,同时动态补偿基波无功功率,使电网无功功率因数达0.99。有源滤波技术能对频率和幅值都变化的谐波及无功功率进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。

  我司产品ANAPF(有源电力滤波器)采用模块式安装方式,可自由搭配数量,可通过并联模块进行扩容。对于ANSVG.ANAPF此类电力电子装置,控制和变换的关键是基于全控的IGBT器件,我司采用的日本富士品牌是全区IGBT较好品牌之一,有源滤波器的分次补偿功能可充分利用有源滤波器的容量,但同时也需要大量的计算,此时FPGA芯片显示出其并行处理的强大功能。

  3、无功补偿与谐波治理的结合

  作为电能质量治理的两大目标,大多数用电业主认为两者间没有必然关系,其实不然,无功补偿对电网的安全、、经济运行具有重要作用,供电部门对用电业主也是以功率因数COSΦ为标准,但是谐波的存在,使电容器设备寿命大大缩短,如果畸变率较高,谐波电流中的失真无功也是常规SVC不能解决的问题,导致明明设计无功补偿容量是满足要求,但实际使用中的功率因数总是不达标。

  电能质量治理的核心是能够对所供应的电力进行控制、变换,为用户或负荷提供质量合格、性能稳定、符合要求的电力,其中无功补偿与谐波治理技术是电能质量治理的关键支撑技术,而如何把两者相结合,经济,有效的解决电能治理的产业应用也至关重要。

  ANSVC:越来越多的设计院在设计上图时已经意识到谐波对电容的危害,开始在纯容柜中串联了电抗元件,使其在基波频率下做无功补偿,在谐波频率下表现电感性,避免发生谐振,防止谐波放大。此方案适用在无功需求稳定,谐波含量较小不需治理的工作环境,也是抑制谐波无功补偿的基础配置。

  ANSVC+ANAPF:虽然使用各类电抗率电抗的无功补偿柜能有效抑制谐波电流对电容的危害,但是随着电抗谐振点的偏移,起初设计的电抗电抗率也会效果偏移,谐振点逐步接近电网中的谐波频率,失去抑制谐波的效果,这时,我们就需要使用有源电力滤波器(APF)来进行谐波治理,在治理掉大部分谐波的同时再使用电抗元件保护电容设备。 如配电房安装空间有限可把ANAPF与ANSVC安装在一个柜子中,即为ANSVG-S-A。以无功补偿为主,谐波治理为辅的同时还可输出少量感性无功。该方案由于经济较好,也已逐步成为设计院上图设计主流。此方案适用在无功需求稳定,谐波含量已超出国标,配电房安装空间较小,配电电路时常老化等场合。

  ANSVG:针对一些恶劣工况,无功需求变化频率块,有功变化幅值大,功率因数要求高,感性无功需求大,工作环境恶劣等常规无功补偿柜SVC就显得“有心无力”,而ANSVG也是作为解决上述问题的不二之选,同时提高功率因数已不是ANSVG的单一功能,简单的谐波抑制和不平衡补偿功能也能实现。考虑到现场的可维修性和工程配置的灵活组合,模块化得到了广泛认可。

  ANSVG+ANSVC(ANSVG-S-G):ANSVG在能处理多样电能质量问题的同时,也有着较为昂贵的价格,对预算不足用电用户是不小负担,而ANSVG-S-G及时放弃部分全SVG功能替换为常规电容电抗组合,用SVG模块来控制电容组件的投切动作,SVG的高响应时间,可在电容组件投切延时时间段进线线性补偿,填充无功需求空窗期,从而避免在无功补偿过程中的过补与欠补现象,得到较高的功率因数。详见图1.图2

     图一过补欠补示意                   图二SVG+电容电抗组合

  ANSVG+ANAPF(ANSVG-G-A):此产品在能满足常规SVG无功补偿功能的同时,也和ANAPF一样高频谐波治理也可同时进行,在容量运行的情况下还可进行三项不平衡治理,两种功能模块合为一个,适合电能质量要求高,技术要求苛刻,或是配电间改造现场空间狭小,治理目标较多的客户,都可选用ANSVG-G-A产品。

  4、结束语:

  解决各类电能质量问题,提供给用电客户一个安全,节能的用电环境一直是我们安科瑞节能控制事业部的目标。但日益复杂的用电环境使得用电用户在选择无功补偿与谐波治理产品或方案时显得迷茫,如何选用产品结合方案显得至关重要。而本文综上说诉,例举了我司部分产品型号和相互间的搭配,能够有效治理大多数电能质量问题,为客户创造价值。

  在解决电能质量问题的时候情况多变,欢迎详询。

  作者简介:王长幸(1985-),女,江苏安科瑞电器制造有限公司 ,汉族,本科,工程师,主要研究方向为智能建筑供配电监控系统

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