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成都高新區體育中心項目NYAPF有源電力濾波器的應用

時間:2020-03-26瀏覽量:26

成都高新區體育中心項目NYAPF有源電力濾波器的應用

項目名稱:成都高新區體育中項目

建設公司:成都高投置業有限公司

總包公司中建西南院

項目介紹:成都高新區體育中心項目位于高新南區中和組團片區核心位置,項目總占地面積約235畝,總建筑面積約20.16萬㎡,總投資17.2億元。它由多功能體育館、全民健身館和服務中心組成,其中多功能體育館是可容納1.3萬人觀眾的室內綜合甲級體育館。全民健身館和服務中心由全民健身館、服務中心、裙房、商業島以及地下室5部分組成,設置有游泳館、擊劍館、乒乓球館、壁球館、羽毛球場,同時配有運動員餐廳、配套用房、茶房、會議中心以及商業設施。

作為2021年大運會和2022世乒賽的賽事場館,是成都市打造世界賽事名城,提升國際營商環境的重要載體。建成后這將是全省第一個NBA標準籃球館。

項目用電容量為14800KVA,由兩10KV電源同時工作互為備用的雙電源供電,設置12臺變壓器,分別為8*1250KVA、2*1600KVA、2*1600KVA,低壓采用22臺NYSVG/4L-400V-5000KVAR靜止無功發生器補償和12臺NYAP/4L-400V-2100A有源電力濾波器濾波,投運后補償的功率因數達到0.98以上。

 

諧波治理基礎知識

一、什么是諧波

電力系統中諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時,與所加的電壓不呈線性關系,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產生。諧波頻率是基波頻率的整倍數,根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明,任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率,幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次、分量諧波;第3、5、7次編號的為奇次諧波,而2、4、6、8等為偶次諧波,如基波為50Hz時,2次諧波為l00Hz,3次諧波則是150Hz。一般地講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統中, 由于對稱關系,偶次諧波已經被消除了,只有奇次諧波存在。對于三相整流負載, 出現的諧波電流6n±1次諧波,例如3、5、7、11、13、17、19等次諧波。分量諧波,頻率為基波非整數倍的分量稱為間諧波(interharmonics),有時候也將低于基波的間諧波稱為次諧波(sub-harmonics),次諧波可看成直流與工頻之間的間諧波。

二、諧波的產生

1、發電源質量不高產生諧波

發電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱,鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因,電源多少也會產生一些諧波,但一般來說很少。

2、輸配電系統產生諧波

輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波,由于變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設計變壓器時考慮經濟性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點偏離線性越遠,諧波電流也就越大,其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

3、用電設備產生的諧波,其中用電設備產生的諧波最多

晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用,給電網造成了大量的諧波。我們知道,晶閘管整流裝置采用移相控制,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負載時則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達基波的30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明:由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備中,由于采用了相位控制,諧波成份很復雜,除含有整數次諧波外,還含有分數次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調速的發展,對電網造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩定,引起三相負荷不平衡,產生諧波電流,經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2次、7次諧波,平均可達基波的8% 、20%,最大可達45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性,可知其非線性十分嚴重,有的還含有負的伏安特性,它們會給電網造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、調光燈具、調溫炊具等,因具有調壓整流裝置,會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的設備中,因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小,但數量巨大,也是諧波的主要來源之一。

三、諧波的危害

理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現,對公用電網是一種污染,它使用電設備所處的環境惡化,也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前,人們對諧波及其危害就進行過一些研究,并有一定認識,但那時諧波污染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來,各種電力電子裝置的迅速使得公用電網的諧波污染日趨嚴重,由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生,諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面。

1、諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗,降低了發電、輸電及用電設備的效率,大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。

2、諧波影響各種電氣設備的正常工作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外,還會產生機械振動、噪聲和過電壓,使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。

3、諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,這就使上述(1)和2的危害大大增加,甚至引起嚴重事故。

4、諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作,并會使電氣測量儀表計量不準確。

5、諧波會對鄰近的通信系統產生干擾,輕者產生噪聲,降低通信質量;重者導致住處丟失,使通信系統無法正常工作。

6、無功功率的增加,會導致電流增大和視在功率增加,從而使發電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時,電力用戶的起動及控制設備、測量儀表的尺寸和規格也要加大。

7、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,這是顯而易見的。

8、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,還會使電壓產生劇烈波動,使供電質量嚴重降低。

四、諧波的監測

我國為加強對諧波的監測,管理及治理,于1994年正式頒布了GB/T14549-93國家標準《電能質量--公用電網諧波》。為了配合國家電力公司電網電能質量技術監督管理規定》和國家《公用電網諧波標準》的執行,歐迪森電氣有限公司并生產了NYH-612電能質量監測裝置。該裝置可測量三相電壓、三相電流的諧波、序分量、電壓變動和閃變、電壓偏差、功率因數、有功、無功、頻率、暫態電壓等參數,諧波可測量63次,儀器實時監測定時記錄,記錄結果可以存盤并打印,為用戶提供豐富、完整的實測記錄資料。產品廣泛應用于變電站、風電場、鋼鐵企業及電氣化鐵路,產品通過相關認證,完全能夠滿足電網運行要求,實現對電網安全保駕護航。


諧波分析是信號處理的一種基本手段。在電力系統的諧波分析中,主要采用各種諧波分析儀分析電網電壓、電流信號的諧波,該類儀表的諧波分析次數一般在40次以下。

對于變頻器而言,其諧波分布與電網不同,電網諧波主要為低次諧波,而變頻器的諧波主要為集中在載波頻率整數倍附近的高次諧波,一般的諧波分析設備只能分析50次以下的諧波,不能測量變頻器輸出的高次諧波。對于PWM波,當載波頻率固定時,諧波的頻率范圍相對固定,而所需分析的諧波次數,與基波頻率密切相關,基波頻率越低,需要分析的諧波次數越高。一般宜采用寬頻帶的,運算能力較強、存儲容量較大的變頻功率分析儀,根據需要,其諧波分析的次數可達數百甚至數千次。例如,當載波頻率為2kHz,基波頻率為50Hz時,其40次左右的諧波含量最大;當基波頻率為50Hz時,其400次左右的諧波含量最大,需要分析的諧波次數一般至少應達到2000次。

五、諧波的治理

根據電能質量監測裝置測量出來的實時數據為基礎進行有效的治理,1、優化電氣設計。電力諧波的產生往往與電氣設計不合理有著極大的關系,因而要從根本上解決電力諧波問題首先優化電氣設計,避免電力諧波的發生。2、采用無源濾波裝置和有源濾波器進行治理。

無源濾波裝置

無源濾波的主要結構是用電抗器與電容器串聯起來,組成LC 串聯回路,并聯于系統中,LC回路的諧振頻率設定在需要濾除的諧波頻率上,例如5次、7次、11次諧振點上,達到濾除這3次諧波的目的。其成本低,但濾波效果不太好,如果諧振頻率設定得不好,會與系統產生諧振。市場上流通較多的采取的濾波方法就是這一種,主要是因為低成本,用戶容易接受。雖濾波的效果較差,只要滿足國家對諧波的限制標準和電力部門對無功的要求就行了。由于其低成本,市場的需求也就大,一般而言,低壓0.4KV系統大多數采用無源濾波方式,高壓10KV幾乎都是采用這種方式對諧波進行治理。由于我國的中小企業大多數是私有的,業主對諧波的危害認識不足,一般不愿意拿出大量的經費來治理諧波,而有的企業由于諧波的含量太大,常規的無功補償不能湊效,供電部門對無功的要求又是十分嚴格的,達不到就要罰款。因此,業主不得不要求濾波。因而,其市場的前景可觀,經濟效益也就可觀了。

六、有源濾波器的功能

有源裝置(有源電力濾波器)是在無源濾波的基礎上發展起來的,它的濾波效果好,在其額定的無功功率范圍內,濾波效果是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路,使之產生一個和系統的諧波同頻率、同幅度,但相位相反的諧波電流與系統中的諧波電流抵消。但由于受到電力電子元件耐壓,額定電流的發展限制,成本極高,其制作也較之無源濾波裝置復雜得多,成本也就高得多了。其主要的應用范圍是計算機控制系統的供電系統,尤其是寫字樓的供電系統,工廠的計算機控制供電系統。對單臺的裝置而言,其利潤是可觀的,但用戶一般不愿意用有源濾波,對于諧波的含量,不必濾得太干凈,只要不危害其他用電器(用電設備)也就可以了。

  有源電力濾波器(APF:Active Power Filter)是一種用于動態抑制諧波的電力電子裝置,其能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償。

1、技術參數

NYAPF有源濾波器有模塊式和整柜式,模塊式容量30A到150A,整柜式容量30A到750A(900A);產品可滿足多次諧波需求治理場合。安裝方式有壁掛式、模塊式(客戶自己組裝)、正柜式(整柜式)。

電氣特征

額定電壓

400V(-40% ~ +20%)

工作頻率

45Hz ~ 65Hz

電氣接線

三相三線/三相四線

濾波范圍

2~5161次諧波(可以選擇性濾波,各次諧波補償可分別設定)

濾波能力

THDi<5%

無功補償功能

內置諧波補償、無功補償、三相不平衡等多種補償功能,用戶可自行設定選擇補償功能

有功功率損耗

<3% 額定模塊功率下

全響應時間

<10ms

控制特征

開關頻率

20kHz40kHz

控制算法

FFT算法、智能FFT算法、瞬時無功算法

控制器

數字式雙DSP(雙DSP+CPLD)

通訊功能

采用電總協議、Modbus協議、TCP/IP,通訊接口RS485、網口

控制連接

光纖,或電氣連接

結構特征

顏色

RAL7035(淺灰色)或按用戶要求定制

安裝方式

機架式、壁掛式、整柜式

冷卻方式

強制風冷

防護等級

IP20(更高防護等級可定制)

環境條件

環境溫度

-10℃~+40℃

相對濕度

最大95%,無凝露

海拔高度

≤1500m,1500~4000m之間,

根據國標GB/T3859.2,每增加100m,功率降低1%

參照標準

遵循標準

IEEE519、IEC 61000-3-6,ERG5/4(JB/T 11067-2011)

2、集中治理諧波方式

 

 

3、有源濾波器圖片

                    

NYAPF/4L-400V-30AB 壁掛式

 

 

NYAPF/4L-400V-100AM 模塊式

 

 

 

NYAPF/4L-400V-750(900AG立柜式

 

 

NYAT7070S濾波控制器

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