{品質管理品質知識}電能質量問題解決方案用戶說明書目錄前言1第一章電能質量問題專家解決方案41.1鋼鐵冶金行業41.2電氣化鐵道及城市軌道交通行業71.3供熱行業81.4制藥行業81.5礦業行業91.6電力系統行業101.7有色金屬行業111.8硅材料加工行業121.9石化行業141.10煙草行業151.11水泥行業151.12水處理行業161.13紡織行業161.14汽車及船舶制造行業171.15通信行業181.16醫院、劇場、體育館配電系統19第二章TSVC高壓靜止型動態無功補償器202.1產品介紹202.2基本原理202.3系統組成212.4技術參數212.5技術優勢222.6選型說明232.7應用領域232.8應用案例23第三章TAPF低壓有源電力濾波器263.1產品介紹263.2基本原理263.3系統組成263.4技術參數283.5技術優勢283.6選型說明293.7應用領域303.8應用案例30第四章TPPF無源電力濾波器314.1產品介紹314.2基本原理314.3技術參數324.4系統組成324.5技術優勢334.6選型說明334.7應用領域33第五章TPVC高壓并聯無功補償器345.1產品介紹345.2基本原理345.3系統組成345.4技術參數355.5技術優勢355.6選型說明355.7應用領域35第六章訂貨須知36附錄一針對電能質量問題的政策法規37附錄二南京鈦能電氣有限公司供電自動化解決方案產品目錄38前言前言公司簡介和服務于一體的江蘇省高新技術企業、軟件企業。石油化工、煤炭礦山、冶金鋼鐵等行業。公司于2005年通過ISO9001:2000質量管理體系認證，2008年通過復評換證審核。公司銳意進取、開拓創新，與清華大學、華中科技大學等科研機構保持長期密切合作，以先進的技術和優質的產品，致力于中國的電網純凈和電氣自動化工程，為各工礦企業和電力部門的節能降耗和安全生產做出貢獻。電能質量問題解決方案研究背景了很多諸如電力機車、電弧爐、軋鋼機等大容量的非線性和沖擊性負荷。這些負荷的存在嚴重惡化了電力系統的運行條件，導致了諸如功率因數低下、電壓波動和閃變、三相不平衡、電力諧波問題，面臨來自電力公司日益嚴厲的懲罰制度；另一方面，以精密機械加工、工業過程自動化、數據信息處理設備等為代表的新型工業負荷在電力負荷中的比重越來越大，因1列舉了各種類型的電能質量問題以及產生的原因和具體的危害。面臨的重大課題之一，受到越來越多的關注。南京鈦能電氣有限公司一直致力于電能質量整體解決方案的研究。公司依托清華大學在柔性交流輸電系統（FACTS形成了具有自主知識產權的先進核心技術，并建立了科學的、完善的現代管理體制。我公司根據用戶實際需要，制定最具性價比的解決方案，幫助用戶解決現存的電能質量問題，在節能降耗提高生產效率的同時，為用戶創造顯著的經濟和社會效益。目前，我公司所提供的解決方案涵蓋了從0.4kV～35kV2列舉了電能質量諧波治理和無功補償方面的主要產品概況，各產品的詳細介紹可參考本書第2～5章內容。1前言表1電能質量問題及其主要影響影響類型特征指標產生原因導致后果電機類感性負1、增加了無功和有功損耗；無功功率功率因數載2、來自供電部門的高額罰款（功率因數調非線性負載整電費），加大了企業的生產成本；1、引發局部串并聯諧振，使供電中斷、電網解裂等；諧波間諧波諧波頻譜電壓電流畸變率非線性負載固態開關負載2、電容器經常損壞；加速設備絕緣老化；3、斷路器滅弧時間延長，影響開斷容量；4、變壓器、電動機、電力電纜嚴重發熱；5、造成繼電保護和自動控制裝置誤動作；干擾電子儀表計量和通信質量；1、三相電壓不對稱；2、影響變換器及其控制系統正常工作產生三相不對稱不平衡因子三相負荷分布不均勻某些附加的非特征諧波；3、造成旋轉電機受到負序磁場作用產生附加振動發熱；4、負序電流和負序電壓會造成繼電保護裝置誤動或拒動；1、功率因數很低；電壓波動和波動幅值電弧爐、電機2、造成電機負荷轉矩變化，影響自動化生閃變出現頻率類負載啟動產線正常工作；3、產生高次諧波，導致電壓畸變。陷波值調速驅動器1、計時器計時錯誤；2、通信干擾；波形、峰值持續時間線路、負載電容器組的投切諧振暫態破壞設備絕緣，損壞電力電子設備；值持續時間閃電點擊線路感性電路開合脈沖暫態破壞設備絕緣瞬態電壓上升或下降間波形遠端發生故障、電機啟動敏感負載不能正常運行2前言表2南京鈦能電氣有限公司電能質量治理產品產品名稱電壓等級主要功能適用場合典型負載1、動態補償無功；2、抑制主要次數諧波；適用于沖擊性負TSVC靜止型動態無功補償器6～35kV3、抑制電壓閃變和波動；4、動態抑制三相不平衡；荷、無功波動大、波動和閃變頻繁、諧波污染嚴重的機車、提升機等5、實時監測系統電場合能質量；61、動態補償無功；2、動態抑制系統所TAPF有源濾0.4～波器0.69kV有諧波；3、抑制電壓閃變和波動；4、動態抑制三相不平衡；56、抑制系統諧振；7、實時監測系統電能質量；適用于負荷變化器無法正常投切、功率因數低的場合UPS、和敏感設備等TPPF無源濾波器0.4～35kV1、手動/自動補償無功；2、抑制主要次數諧波；3、抑制電壓閃變和波動；適用于負荷變化因數低的場合空爐等41、手動/自動補償適用于負荷變化不需要經常調速的TPVC并聯無功補償器6～35kV無功；2、抑制電壓閃變和諧波含量小的場電動機負載如循環波動；合等3第一章電能質量問題專家解決方案：鋼鐵冶金行業第一章電能質量問題專家解決方案1.1鋼鐵冶金行業中頻爐、礦熱爐、壓焊機、鋼水運送車等設備，它們對電能質量影響很大，下文列舉其中具有代表性的幾種負載作詳細電氣特性說明，提供的電能質量解決方案供用戶參考。電弧爐負荷特性統交替工作在開路和帶載狀態，電流時斷時續。冶煉后期，由于下方爐料的熔化，造成上層爐料的坍塌，極易導致電極間的突發短路，電流時大時小。據統計，電爐電流的變化范圍可達電爐變壓器額定電流的0～300%，而頻率范圍則在0.1Hz～30Hz之間。功率因數低下：為了抑制電壓波動和閃變，電爐變壓器的短路阻抗甚至高達30%～40%，或者與串聯電抗器配合使用。因此，電弧爐負荷屬于典型的高感負荷，供電系統的功率因數非常低下，典型值為0.7～0.80.1業不僅需要面對來自電爐部門高額的罰款，而且導致冶煉期延長，生產效率降低，有功損耗增加。25%，一相斷弧時可達56%，兩相短路并出現第三相斷弧時可達86%。波電流，造成諧波污染。據統計，電弧爐的諧波電流成分要為2～723次最大，其平均值可達基波分量的5%～10%。推薦方案：TSVC靜止型動態無功補償器根據實測或者估算的補償容量選擇TSVC靜止型動態無功補償器(技術介紹詳見本說明書第二章)，濾波通道一般配置2次、3次、4次和5次。如下圖所示：用戶收益降低網絡損耗，減少來自電力部門的罰款；抑制電壓波動和閃變；降低諧波注入水平；降低負序電流注入水平；穩定電壓，縮短冶煉時間，提高生產效率；平衡電弧電流，消除三相不平衡；延長冶煉電極的使用壽命；降低能源損耗和成本；

減少原材料的消耗；軋機負荷特性典型的時變負載，有功和無功功率波動大，容易導致電壓波動和閃變；傳動裝置的變頻器產生大量諧波，如不進行治理，將流入系統中去，造成變壓器、電機、電纜發熱、振動，降低使用壽命；功率因數低下；推薦方案：TSVC靜止型動態無功補償器根據實測或者估算的補償容量選擇TSVC靜止型動態無功補償器，濾波通道一般配置34第一章電能質量問題專家解決方案：鋼鐵冶金行業次、5次、7次和11次。如下圖所示：用戶收益穩定電壓水平，改善設備的運行條件；提高功率因數，降低網絡損耗，免受電力部門的罰款；降低能耗，提高設備利用率；消除諧波注入現象，減少設備損耗，防止系統諧振。礦熱爐負荷特性一種耗電量巨大的工業電爐。功率因數低下；大多數礦熱爐的自然功率因數都在0.7～0.8之間，較低的功率因最高不平衡度可以達到20％以上，冶煉效率的低下；諧波含量較小，一般不超過10%；負荷波動較小；推薦方案:TPVC高壓并聯無功補償TPVC高壓并聯無功補償的方式來解決，通常是在高壓端進行無功補償。功能，不但能夠滿足無功補償的需要，經過濾波，注入電網的諧波也能達到標準。該裝置安裝無需長時間停產，適用已安裝生產中的礦熱爐的無功補償，可杜絕因為功率因數低而被加收的電費力率調整費。用戶收益提高功率因數；降低電網不平衡；降低電耗5～20％；提高產量5～10％；5第一章電能質量問題專家解決方案：電氣化鐵道及城市軌道交通行業1.2電氣化鐵道及城市軌道交通行業電力牽引負荷電力牽引負荷的電氣特性電壓波動和閃變。豐富，包括全部的奇次諧波，因此牽引變電站大都需要裝設濾波器。較大。同時，變電站空載時會出現“無功反送現象。由于電力部門對無功計量普遍采用“反送正計”的政策。據統計，牽引變電站的月平均功率因數一般在0.6～0.8左右，每年需要面臨來自電力部門的巨額罰款。型電氣特征。推薦方案：TSVC靜止型動態無功補償器根據實際測算或者估算的補償容量，選擇相應的TSVC靜止型動態無功補償器，濾波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下圖所示：6第一章電能質量問題專家解決方案：電氣化鐵道及城市軌道交通行業用戶收益抑制電壓波動和閃變；提高功率因數，降低網絡損耗；實時跟蹤無功變化，避免無功倒送；實現平衡化補償，消除三相不平衡；響應速度快，能夠消除諧波注入及變化；1.3供熱行業負荷分析主要是采用變頻傳動的鍋爐,運行時產生大量的諧波。推薦方案：TPPF無源濾波器+TAPF有源濾波器集中濾波方案高次諧波，以達到最佳的治理效果。用戶收益有效提升功率因數，避免罰款；

降耗節能，降低生產成本；徹底濾除諧波，提高電機的運行效率；消除系統諧振隱患，保證供電系統的安全性和可靠性；1.4制藥行業負荷分析0.8含量較小。推薦方案：TPVC高壓并聯無功補償器在高壓側作無功集中補償。用戶收益提高功率因數，避免電力罰款；

降耗節能，降低生產成本；7第一章電能質量問題專家解決方案：礦業行業1.5礦業行業本行業中，廣泛使用礦井提升機、各類粉碎機、破碎機、球磨機、電鏟類負載等。提升機負荷特性典型的時變負載，有功和無功功率波動大，容易導致電壓波動和閃變；傳動裝置的變頻器產生大量諧波；功率因數低下；推薦方案：TSVC靜止型動態無功補償器根據實測或者估算的補償容量選擇相應的TSVC靜止型動態無功補償器，濾波通道一般配置3次、5次、7次和11次。如下圖所示：用戶收益提高電壓質量；電壓質量的好壞直接關系電氣設備的安全運行.提升機直流系統向電網注入諧波電流,使電壓正弦波形發生畸變,并引起晶閘管電路觸發不同步,電動機力矩不穩,,無功沖擊導致電網電壓產生波動,對井上下電器設備產生干擾。負載所需的有功功率和無功功率均由電網提供，使變壓器和電網線路的損耗增加，提高效率，減少損耗。調控運行，防止過補；以往在煤礦地面變電所設計中，通常在6/10kV母線并接電TCR動態補償，可根據負載無功的變化進行動態補償，使電網始終處于最佳狀態。8第一章電能質量問題專家解決方案：礦業行業1.6電力系統行業遠距離電力傳輸全球電力目前正在趨向長距離輸電，同時帶來的問題是高能量損耗。推薦方案：TSVC靜止型動態無功補償器TSVC廣泛的證明，即當在不同的電網條件下，為保持一個平衡的電壓時，可在電網的一處或多處適合的位置上安裝TSVC靜止型動態無功補償器。用戶收益穩定弱系統電壓減少傳輸損耗增加傳輸能力，使現有電網發揮最大效率提高瞬變穩態極限增加小干擾下的阻尼增強電壓控制及穩定性緩沖功率振蕩

變電站種方式只能向系統提供容性無功，并且不能隨負載的變化而實現快速精確調節，在保障母線功率因數的同時，容易造成向系統倒送無功，抬高母線電壓，危害用電設備及系統穩定性。推薦方案：TSVC靜止型動態無功補償器TSVC提高功率因數的同時，徹底地解決了無功倒送問題。并且，安裝新的TSVC時，可以充分利用原有的固定電容器組，只需增加晶閘管相控電抗器(TCR)部分即可，用最少的投資取得最佳的效果，成為改善區域電網供電質量的最有效方法。9第一章電能質量問題專家解決方案：有色金屬行業1.7有色金屬行業有色金屬提煉和化工行業都要使用電解這一工藝，因而離不開大功率的整流裝置。大功率整流器負荷特性負荷波動較小；對大功率三相全控橋6脈整流裝置來說，由整流裝置產生的諧波占基波的25-33%生的特征諧波為6N±1數為57111317192325次等，以57變壓器組帶移相繞組并聯運行可組成12脈11次、13次、23次、25次等，以11次、13次最大；又受到電壓諧波的影響，整流器的換相過程會使電壓出現“缺口，影響電壓過零點的檢測，影響控制觸發的同步；諧波使絕緣加速老化，增加電纜發生故障的概率；相重合閘采用較長的無電時間，對系統運行的穩定性不利。功率因數低下；推薦方案：TPPF無源濾波器一般來說，在系統較大的電網，采用TPPF無源濾波裝置即可濾除其特征諧波，滿足治理的目標。如果電網系統小，諧波治理的目標要求高，除安裝大容量無源濾波裝置外，可以混合使用小容量的有源濾波器TAPF整流裝置系統，我們的專業濾波補償裝置有不同的針對性設計，經過現場的測試，可為用戶“量身定做，采取最符合現場實際的治理方案。用戶收益提高功率因數，避免電力罰款，減小生產成本；降耗節能，降低生產成本；減小諧波對整流變的影響，保障供電的可靠性和安全性；減小諧波對工藝過程控制系統的影響，保障用戶產品的質量；10第一章電能質量問題專家解決方案：硅材料加工行業1.8硅材料加工行業并使信息產業成為全球經濟發展中增長最快的先晶爐、中頻爐等。其生產工藝通常分為熔融加熱單晶多采用直流加熱爐。但不論是中頻爐還是單晶爐均采用半導體可控整流方式，會產生非常大復雜的生產過程以及后期的精密加工流程都造成非常大的影響，因此電網的品質間接決定著成品材料的品質，幾乎所有的單晶硅制造生產線都面臨諧波問題。鑄錠爐負荷特性30%5711131719中又以5、7、11次最為嚴重。要求；功率因數較低，一般0.8左右；推薦方案：TPPF無源濾波器+TAPF有源濾波器集中濾波方案TPPF次諧波由TAPF有源電力濾波器來承擔，將會收到良好的效果。用戶收益提高功率因數，避免電力罰款，減小生產成本；

降耗節能，降低生產成本；消除系統諧振隱患，保障供電系統的安全性和可靠性穩定系統電壓，提高供電質量，提高生產效率；減小諧波對變壓器的影響，保障供電的可靠性和安全性；減小諧波對工藝過程控制系統的影響，保障用戶產品的高質量；中頻爐負荷特性負載諧波含量大，總失真度最高達到了30%以上；基本上屬于穩定負載，僅在出爐、升溫時會有波動，諧波主要集中在5、7、11、

13、17、19、23次，其中又以5、7、11次最為嚴重；中頻爐一般運行在1KHz～2KHz如571125次的高次諧波也大量存在，具體表現在系統電壓上含有

大量毛刺；功率因數非常低，一般在0.7左右，面臨高額無功罰款；

電電源質量很差；推薦方案：TPPF無源濾波器11第一章電能質量問題專家解決方案：硅材料加工行業TPPF次諧波由TAPF有源濾波器來承擔，將會收到良好的效果。用戶收益提高功率因數，避免電力罰款；降耗節能，降低生產成本；消除系統諧振隱患，保障供電系統的安全性和可靠性穩定系統電壓，縮短冶煉時間，提高生產效率；減小諧波對中頻電源和變壓器的影響，保障供電的可靠性和安全性；減小諧波對工藝過程控制系統、計量儀表的影響，保障用戶產品的質量；12第一章電能質量問題專家解決方案：硅材料加工行業1.9石化行業負荷分析化、加氫、糠醛等生產線（變頻器與UPS用直流電源成套設備；電動機的軟起動設備；新型照明燈具（節能燈、采用電子鎮流器的日光燈）DCS系統，配電系統的微機監控系統，火災報警系統以及工廠智能化信息管理系統等。目前存在的主要問題是：1、低壓運行功率因數偏低，無功功率消耗較大，需要投入電容補償，但諧波污染導致電容器投入運行時引起諧振從而造成電容器數倍于自身額定容量的過載損壞，影響到系統的正常運行，因而現行的補償方法為高壓集中補償，以滿足供電部門所要求的功率因數指標。2、大量諧波串入高壓側將導致其他重要的負荷如DCS系統、監控系統等出現異常，影響正常生產生活。推薦方案：TPPF無源濾波器+TAPF有源濾波器集中濾波方案在污染嚴重的低壓系統，配置不同濾波系數的組合無源濾波器；在重點負荷，配置動態有源濾波器，以達到最佳的治理效果。用戶收益消除系統諧波影響；降耗節能，降低生產成本；提高功率因數，避免無功罰款；增加電容器使用壽命；障時間，降低維護、維修及更換設備的費用消除系統諧振隱患，保障供電系統的安全性和可靠性；穩定電壓，減小諧波對工藝過程控制系統的干擾；

保障重要敏感設備安全穩定運行；13第一章電能質量問題專家解決方案：煙草行業/水泥行業1.10煙草行業負荷分析卷煙廠的負荷種類多，包括：均為變頻驅動設備，諧波污染嚴重。動力中心負載：包括風機、水泵等。有大量的變頻設備，諧波污染嚴重。造成嚴重的電能浪費。推薦方案：TPPF無源濾波器+TAPF有源濾波器集中濾波方案在污染嚴重的低壓系統，配置不同濾波系數的組合無源濾波器；在重點負荷，配置動態有源濾波器，以達到最佳的治理效果。用戶收益有效提升功率因數，避免罰款；降耗節能，降低生產成本；濾除諧波，保障自動化生產設備的安全可靠運行，提高電機的運行效率；消除系統諧振隱患，保證供電系統的安全性和可靠性；障時間，降低維護、維修及更換設備的費用1.11水泥行業負荷分析能占總負荷90%以上，電動機節能至關重要。目前小功率通用型變頻器在國內水泥廠已普遍應用，大功率高壓的泵類和風機負載也開始采用了大功率高壓變頻器。與此同時，變頻器的大量使用也帶來了嚴重的諧波問題。治理好諧波問題，有利于提高供電系統的安全性和可靠性，有利于降低整個配電系統的電力損耗。推薦方案：TPPF無源濾波器集中濾波方案重的場合下配置動態有源濾波器集中補償，以達到最佳的治理效果。用戶收益有效提升功率因數，避免罰款；降耗節能，降低生產成本；徹底濾除諧波，保障自動化生產設備的安全可靠運行，提高電機的運行效率；14第一章電能質量問題專家解決方案：供熱行業/制藥行業1.12水處理行業負荷分析其中電耗占總能耗的60％-90％。以泵、風機為主要負載。電機節能技術是在污水處理系統中占據重要地位，變頻調速技術以改變交流電動機的電源頻率來改變交流電動機的速度，是一種較為理想的高效調速裝置和節能裝置，但大量使用變頻器同時也產生了諧波問題。增加了諧波附加損耗；引起變壓器、電動機振動、發熱等問題，導致使用壽命大大縮短；無功補償電容器不能正常投切，功率因數低，面臨電力部門罰款；推薦方案：TPPF無源濾波器+TAPF有源濾波器集中濾波方案高次諧波，以達到最佳的治理效果。用戶收益有效提升功率因數，避免罰款；降耗節能，降低生產成本；徹底濾除諧波，保障自動化生產設備的安全可靠運行，提高電機的運行效率；消除系統諧振隱患，保證供電系統的安全性和可靠性1.13紡織行業負荷分析負載。推薦方案：TPPF無源濾波器+TAPF有源濾波器集中濾波方案高次諧波，以達到最佳的治理效果。用戶收益有效提升功率因數，避免罰款；

降耗節能，降低生產成本；降低電力運行成本，從而降低生產成本；徹底濾除諧波，保障自動化生產設備的安全可靠運行，提高電機的運行效率；消除系統諧振隱患，保證供電系統的安全性和可靠性15第一章電能質量問題專家解決方案：汽車及船舶制造行業1.14汽車及船舶制造行業焊機是汽車及船舶制造行業中必不可少的設備。由于焊機工作具有隨機性、快速性以及沖擊性的特點，使得大量應用焊機的汽車制造行業的電能質量問題及其嚴重，實踐和分析都表明，焊機帶來的不僅是諧波問題，還會引起無功沖擊引起閃變、電壓標面臨罰款等等問題。汽車涂裝車間、自動化程度比較高的生產車間，諧波對自動化生產線也會產生影響。負荷及系統分析導致了該車間所有變壓器負荷電流都存在嚴重的諧波電流，諧波電流以3、5、7、9、11次為主，400V低壓母線的電壓總畸變率達到5%以上，電流總畸變率（THD）達到了40％左右，造成400V低壓供配電系統電壓總諧波畸變率嚴重超標，并導致了用電設備和變壓器存在嚴重的諧波功率損耗。同時，該車間所有變壓器負荷電流都存在嚴重的無功功率需求，部分變壓器平均功率因數僅為0.6重不足。在如下方面電能質量問題：無功功率缺額較大諧波電流嚴重電能損耗大推薦方案：TPVC并聯無功補償+TAPF有源濾波器集中濾波補償方案

選用并聯無功補償，提升功率因數有源濾波器部分容量分相動態補償無功功率

有源濾波器部分容量用來濾除諧波果有源部分雙向補償的無功容量足夠調節動態變化的無功功率，可以考慮采用TPVC并聯無功補償。用戶收益功率因數有效提升，避免罰款；降耗節能，降低生產成本；濾除系統諧波，降低諧波對系統造成的危害，延長設備使用壽命；

電能質量提高，汽車生產設備的安全穩定可靠；

消除系統諧振隱患，保證供電系統的安全性和可靠性；

避免諧波和無功沖擊對電網的影響；1.15通信行業負荷分析電壓波動非常敏感，各種電磁干擾會數據交換設備造成影響。16第一章電能質量問題專家解決方案：汽車及船舶制造行業電信建筑中存在大容量的諧波源負載，大部分為單相非線性負荷，包括：UPS電源，單機容量大，大部分為6脈波的UPS不間斷電源設備（3、5、7次等)開關電源，主要用于計算機等辦公設備供電電源，數量多（3、5、7次等）變頻空調、電梯、水泵等，大量使用，變頻驅動設備為主要諧波源（5、7次等）推薦方案：TPVC并聯無功補償+TAPF有源濾波器集中濾波補償方案選用并聯無功補償，提升功率因數由于系統中有大量的3次諧波，所以并聯無功補償TPVC的電抗系數建議選擇14%，是安全補償回路在基波頻率下呈容性，補償基波無功功率，3次以上諧波頻率下呈感性，有效抑制3次諧波諧振，保護電容器。UPS和開關電源產生的諧波，避免諧波對重要設備產生的干擾，提高系統容量和使用效率，提高系統的可靠性。用戶收益功率因數提升，避免罰款；避免系統諧振，保護無功補償電容器，保障無功補償設備的穩定性；有效治理諧波，避免對通信設備造成的干擾；

降耗節能，降低電力運行成本；保障數據中心機房的數據安全；電能質量的高品質，保障了通信設備穩定工作17第一章電能質量問題專家解決方案：醫院、劇場、體育館配電系統1.16醫院、劇場、體育館配電系統醫院、劇場和體育場對供電的連續性和可靠性有著非常嚴格的要求。負荷分析CT機、B超、X現代照明設備、變頻空調電梯等。大部分醫療設備對供電質量要求非常高，對電壓波動和諧波非常敏感。諧波源負荷分布分散，設備運行時諧波變化大。LED設備等。可控硅調光系統格式目前劇場舞臺上的主流調光器，其實際上是一個單相的相位控制交流調壓系統，同通過控制可諧波會造成燈光頻閃、對通信、有線電視等弱點回路產生雜音，甚至產生故障。推薦方案：TPVC并聯無功補償+TAPF有源濾波器集中濾波補償方案選用并聯補償裝置，提升功率因數。電抗系數建議選擇14%，有效抑制3次諧波諧振，保護電容器。備的影響用戶收益功率因數提升，避免罰款降耗節能，降低電力運行成本電能質量提高，精密敏感設備運行安全可靠避免由于諧波污染造成的安全隱患；保障各種大型醫療設備高質量供電電源保障一級負荷供電的持續穩定18第二章TSVC高壓靜止型動態補償器第二章TSVC高壓靜止型動態無功補償器2.1產品介紹TSVC靜止無功補償器，是一種典型的柔性交流輸電裝置（FACTS）。區別于傳統無功補TSVC靜止無功補償器屬于動態無功補償產品，它具有最快10ms的響應速度，是目前高壓無功補償解決方案中技術較為成熟的且響應最快的方式，由于TSVC以可控硅作為調節執行單元，它還具有可連續無級調節（通過改變可控硅導通角），調節時無涌流、拉弧，無機械開關使用壽命的限制等優點。特別適合一些需要快速補償的工業場合，如電弧爐、軋機、電力機車、電氣化鐵路、冶金、煉鋼等工業用戶，可大幅度降低非線性和沖擊性負荷所引起的電壓波動、閃變、負序和諧波干擾，顯著提高負荷功率因數（最高可接近1），減少無功潮流，降低網損，改善電能TSVC應用于輸電系統或樞紐變電站，對維持系統母線電壓穩定，提高電網輸電能力，以及阻尼系統低頻振蕩和抑制次同步振蕩均有顯著的作用。2.2基本原理TSVC如下圖接入系統中，電容器提供固定的容性無功Qc補償電抗器輸出感性無功QTCR的大小，感性無功和容性無功相抵消，只要能做到系統無功QN=Qv(系統所需)-Qc+QTCR=常數(理想情況下等于0)=乎不波動，關鍵是準確控制晶閘管的觸發角，得到所需的流過補償電抗器的電流，晶閘管變流裝置和控制系統能夠實現這個功能，采集母線的無功電流值和電壓值，合成無功值，和所設定的恒無功值(可能是0)進行比較，計算得觸發角大小，通過晶閘管觸發裝置使晶閘管流過所需電流。對于不對稱負荷，利用steinmetz理論實現分相調節，消除負序電流,平衡三相電網。2.3系統組成1）2）DSP全數字控制系統：以數字信號處理器為核心器件，應用瞬時無功理論算法，快速準確地計算無功功率和補償電納，再計算出TCR經過電光轉換，送往高電位觸發板，控制晶閘管的導通。3）濾除該次諧波，同時為系統提供容性無功功率，提高功率因數。電力電容器為組架式安裝，自然冷卻。濾波電抗器為空芯干式，自然冷卻。4）沖擊所產生的電壓波動。空芯干式，上下雙線圈，自然冷卻。2.4技術參數項目規格電網電壓（kV）6～35TCR額定功率(Mvar)6～200冷卻方式熱管自冷卻或水冷19第二章TSVC高壓靜止型動態補償器晶閘管觸發方式電觸發或光觸發控制系統全數字控制系統無功調節范圍-100%～+100%調節方式分相調節調節響應時間<10ms電壓閃變改善率>50%噪聲水平自冷無噪聲輔助供電電壓380V110V使用壽命>20年2.5技術優勢1)高性能DSP數字控制系統DSP數字控制系統采用標準模塊組成的控制單元結構，具備如下特點:采用美國TI公司應用于專業電機控制的高性能數字信號處理器和高分辨率的模數轉換器；沖丟失、BOD動作頻繁時，報警、跳閘，同時上傳上位機顯示、保存故障記錄；采用瞬時無功功率算法或快速傅里葉算法，保障了系統響應時間；可以分相調節，也可以三相調節；系統通訊；完善的自診斷，實時監控；根據要求，可選擇并追加多種控制功能；2)由于TSVC使用可控硅作為主調節器件，調節時無拉弧、涌流，設備使用壽命長；基于高可靠的大功率可控硅變流技術；高效熱管自然冷卻可控硅，結構簡單，且免維護；也可以選擇密封式循環水冷系統；標準組架式結構，安裝維護方便；可控硅冗余合理，保障TSVC穩定運行；光觸發或者光電觸發方式，抗干擾性強；3)了免維護；4)無功補償精細，可連續平滑調節，實現系統需要多少無功就補多少無功；5)配合FC高壓無源濾波，將系統諧波水平濾除到符合國標要求；6)TSVC響應速度快，小于10ms；7)設備容量大，可達上百兆，但不能直接用于特高壓（35kV8)監控系統提供友好人機界面，實時顯示系統工作狀態；9)控制方式靈活，可實現三相同時控制、分相控制和三相平衡化等多種控制方式。2.6選型說明TSVC－□/□，參數為容量/電壓2.7應用領域廣泛應用于電力系統、石油化工、冶金鋼鐵、電氣化鐵路、風力發電、煤炭等行業中，為電弧爐、軋機、感應爐、電力機車、提升機、風力發電機等設備提供高質量、高可靠性的20第二章TSVC高壓靜止型動態補償器無功補償及濾波的解決方案。降低系統的諧波畸變度、提高系統的功率因數，減小電壓波動及閃變，平衡三相電流電壓。2.8應用案例兗州某煤礦企業設有35KV6KV荷為交流傳動設備。如主、副井的絞車采用直流調速設備；通風及動力設施采用交流傳動設備。絞車屬重載起動，無功沖擊較大，并伴隨大量整數倍和非整數倍的諧波電流產生，功率因數低，電壓波動大，給電網供電產生如下問題：無功沖擊引起的電壓波動。諧波電流流入系統使用電設備發熱，設備運行可靠性降低。功率因數低，加大生產成本。為解決上述問題，我公司參照類似工程經驗和計算機仿真，在母線上裝設TCR型TSVC無功功率補償設備，容量為6MVA。年功率因數節省電費1231.1萬KWh25000KVA，有功電度單價為0.4636元／KW·h。因此變電所月電量電費為：月電量電費＝有功電度電價×月平均電量＝0.4636元／KW·h×1231.1萬KWh＝.60元煤礦變電所功率因數按0.785每月功率因數調整費用為：月功率因數調整費用＝月電量電費×無功調整費率＝.60×5％＝285369.00元相控電抗器型動態無功補償裝置投運后，功率因數達0.95以上，獎勵率為0.75％，故每月獎勵為：月功率因數獎勵費用＝月電量電費×功率因數獎勵率＝.60×0.75％＝42805.3元故每月可節省該項電費為：月功率因數節省電費＝月功率因數調整費用+月功率因數獎勵費用＝328174.0元每年可節省該項電費為：年功率因數節省電費＝月功率因數節省電費×12月＝.0元減少變壓器的銅損少，從而減少銅損。提高變壓器二次側的功率因數后，變壓器節約的有功功率△P如下：△P＝(P2／SN)2(1／COS2Φ1-1／COS2Φ2)PK式中：P2————變壓器負載側輸出功率；SN————變壓器額定容量；COSΦ1————變壓器原負載功率因數；

COSΦ2————提高后的變壓器負載功率因數；

PK————變壓器的短路損失。煤礦變電所補償前功率因數0.7，補償后功率因數0.95，變壓器的短路損失PK為

500KW，則△P計算如下：△P＝(11500／25000)2(1／0.782-1／0.952)PK＝0.11PK＝55KW每年節約的有功功率：變壓器年節約的有功功率＝變壓器節約的有功功率×30天×12月

＝19800KW21第二章TSVC高壓靜止型動態補償器每年節約的該項電度電費：年節約電度電費＝有功電度電價×變壓器年節約的有功功率＝0.4636元／KW·h×19800KW＝9179.28元本裝置損耗及其它費用量的3％0，折算至電度電價每年約為7.3萬元。動補裝置每年總節能效益相控電抗器型動態無功補償裝置投運后每年可節約資金為：年功率因數節省電費+年變壓器節省電費-動補裝置年總損耗費＝265.35萬元結論該煤礦變電所裝設TCR型高壓靜止型動態無功補償裝置（TSVC提高到了0.95以上，系統的電壓穩定，諧波引起的電纜和電機發熱等問題得到有效解決，從而增加了變壓器和輸、配電線路的有效容量，提高了設備的運行可靠性，減少了設備維護周期和運行成本，減少了功率因數調整電費的支出，具有良好的技術經濟效益，值得大力推廣應用。22第三章TAPF低壓有源電力濾波器第三章TAPF低壓有源電力濾波器3.1產品介紹TAPFDSP器件的數字信號處理技術研制的新型電力諧波治理專用設備，是目前電力諧波治理和無功補償的最完美解決方案，它以一種可控的動態方式濾除出現在供電系統中的諧波和無功。3.2基本原理TAPF用硬件運算電路，將負載電流中的諧波分離出來，形成指令信號，送入高速數字信號處理器（DSPPWM送出驅動指令，變流器生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，主動對諧波電流進行抵消。3.3系統組成TAPF流儲能電容、DSP控制模件、數據采樣模件、信號調理模件、驅動及門極模件、繼電器開出模件、電源模件和液晶控制模件。下面對它們進行詳細介紹。主功率電路構示意圖如圖4-2需要再添加N相橋臂。）其中，直流母線模塊主要是由直流母排和大容量的儲能電容構成，它們的作用是維持逆變器工作所需要的直流電壓；逆變橋產生所需要的交流電壓；濾波電抗器既要負責產生適合的電流波形，又要將一些由于開關頻率引起的高頻毛刺從補償電流中濾除掉。裝置的主功率電路采用兩電平的拓樸結構方式，見下圖。控制部分電路控制部分包含DSP模件、信號調理模件、交流模件、驅動門極模件、繼電器出口模件、人機交互模件。DSP是整個控制部分乃至整個裝置的核心，參數的保存與設置、控制邏輯和軟件保護邏輯都在此實現。DSP可以接受的信號；驅動門極模件接受DSP開和斷，同時，提供對電力電子器件的多重保護，如：過流、短路、過壓、電源異常等；繼電器出口模件用于驅動散熱風扇和大容量的接觸器；人機交互模件提供裝置與人之間的信息交互，如參數的設定，各種狀態的顯示等。3.4技術參數電額定電壓（V）AC380，AC660氣工作頻率（Hz）50±2特接線方式三相三線三相四線23第三章TAPF低壓有源電力濾波器性容量(A)50100150200300濾波范圍2—50次（包括非特征次諧波、間諧波）濾波能力90%無功補償無功模式可選響應時間100us有功損耗<3%*實際使用容量多臺運行方式并聯運行控控制內核雙DSP處理器制開關頻率16kHz特通信功能RS232485/CAN總線可選性控制與功率電路連接光纖或電氣連接（帶屏蔽）防護等級IP20結構冷卻方式強迫風冷特安裝方式室內安裝，下出線性整體結構立柜式或壁掛式環境溫度-10℃—40℃環境存儲溫度-20℃—60℃條相對濕度最大95%，無凝露件海拔高度2000m以下電磁兼容裝置能承受GB/T17626.3-1998規定的嚴酷等級為Ⅲ級的輻射電磁場“抗擾度試驗；裝置能承受GB/T17626.4-1998規定的嚴酷等級為Ⅲ級的快速瞬變干擾試驗；裝置能承受GB/T17626.5-1998規定的嚴酷等級為Ⅲ級浪涌沖擊抗擾度試驗；裝置能承受GB/T17626.2-1998規定的嚴酷等級為Ⅲ級靜電放電抗擾度試驗；裝置能承受GB/T17626.10-1998規定的1MHz和100kHz脈沖群干擾試驗；3.5技術優勢實時跟蹤，動態補償TAPF和阻抗變化的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險；電流控制方式TAPF控制系統更保障了其濾波準確性和可靠性。可選的多功能補償模式☆補償諧波；☆補償諧波+可調無功功率；☆補償可調無功功率；☆補償三相不平衡；雙DSP控制系統。控制系統設計采取了硬件和軟件有機結合的方案，有效的提高了響應速度；補償無功不需要儲能電容，直流側電解電容僅維持逆變時所需要的直流電壓；具備補償三相不平衡能力，減小中性線電流至零；IGBT特點；采用高性能的霍爾電流互感器和霍爾電壓互感器；自動檢測并跟蹤電網頻率，自動檢測電流互感器CT的極性，防止反接；24第三章TAPF低壓有源電力濾波器補償諧波電流響應速度快：☆實時響應100us；☆完全響應10ms；功能；可同時濾除2次到50次的諧波電流IGBT器工作的穩定性和可靠性；6英寸（320×240Dots）的彩色LCD大屏幕顯示界面，具有高清晰文字、圖形顯示功能，監測和控制人機界面友好；可編程待機功能和自動重啟功能；擴展性能好，能適應多種補償系統的拓撲結構；可多機并聯工作，根據用戶需要靈活擴大補償容量；通過特種變壓器的耦合作用，可應用到6～35kV的系統中，擴展了電壓等級方面的應用范圍；采用通用的遠程通信協議，通信接口為RS232/485和CAN總線；設計選型簡單，無需進行電網背景諧波分析，只需要計算出補償容量即可；體積小，重量輕；

技術專利3.6選型說明TAPF3－□/□三相三線制，參數為電流/電壓TAPF4－□/□三相四線制，參數為電流/電壓3.7應用領域TAPF由于其補償性能十分優異，通常應用于諧波污染嚴重，負載變化較快的配電系統、工況企業等場所。☆水處理行業；☆水泥行業；☆造船業；☆造紙業；☆煙草業；☆紡織業；☆精密儀器制造業；☆汽車制造業；☆商業、住宅大廈；☆計算中心；直流電焊機群；☆電解鋁、電解鋅；☆軋機；☆變頻器（VVVF斷電源（UPS）；☆輸送帶、電梯、鼓風機、泵；☆開關電源；☆大功率充電機；☆鐵路牽引變電站（所）；☆油田帶調速設備的泥漿泵和鉆井設備；☆商用樓宇配電；☆高層住宅配電☆其它產生諧波的負荷；3.8應用案例沈陽市某電站設備廠0.60-0.65之間，每月電費1.8萬元左右。電流諧波比較嚴重THD=27.21％。EMI電磁干擾會干擾敏感的控制設備不能正常運行。大量隨電焊機工作動態變化的無功電流還在變壓器繞組和線路上產生附加的電壓壓降和附加的功率損耗，導致生產設備供電電壓的波動和下降，帶來設備供電功率的不足和設備壽命的下降。大量電焊機使用線電壓供電，負載布局不合理會導致三相電流出現大幅度的不平衡，進而導致三相電壓也出現不平衡和畸變。25第三章TAPF低壓有源電力濾波器投運效果：TAPF投運后該廠功率因數由0.60調整到0.99。每月節省無功罰款1.8W*0.15=2700元每月功率因數獎勵電費1.8W*0.011=198元每月共計節省電費2700+198=2898元該廠電流總THD由27.21％調整到3.63％。達到了國標GB/T14549-93諧波畸變率5％以內的標準，電能質量顯著改善。26第四章TPPF無源電力濾波器第四章TPPF無源電力濾波器4.1產品介紹TPPF無源電力濾波裝置，又稱為LC濾波器，是由濾波電容器、濾波電抗器適當組合而0.4kV—35kV償基波無功，提高功率因數，還可以減少流入系統的諧波電流，降低公共連接點的電壓電流畸變度。4.2基本原理某一次諧波頻率，則對于該次諧波而言，濾波器的阻抗為極小值。由于濾波支路對于該次諧波電流阻抗很小，所以經其分流，可以減小注入交流系統的諧波電流，從而達到對該次諧波的抑制作用。4.3技術參數額定電壓(kV)0.4—35工作頻率(Hz)50補償容量不限濾波支路視具體應用情況選擇最佳配置濾波能力大于70%無功補償濾波兼補無功功率因數高于0.92安裝位置戶內，戶外不限接線高壓（>1kV）三角形接法方式低壓（<1kV）星接或角接保護高壓（>1kV）過流、欠過壓、不平衡電流保護、開三角保護等措施低壓（<1kV）過流、欠過壓、短路、諧波過載整體高壓（>1kV）組架式結構低壓（<1kV）立柜式環境溫度-10℃—40℃防護等級IP21冷卻方式自冷存儲溫度-20℃—60℃相對濕度最大95%，無凝露海拔高度2000m以下4.4系統組成還需配置專業的微機保護裝置等組成。27第四章TPPF無源電力濾波器濾波電抗器干式空芯或鐵芯結構，玻璃纖維包封，環氧樹脂固化銅質或鋁質導體電感值在±5%內可調，調諧準確簡單品質因數精確濾波專用電容器電容器采用金屬全膜介質內附熔絲和放電電阻，極板析邊大爬距套管無氯、環保型絕緣油損耗低電容器采用支架疊裝，方便散熱4.5技術優勢1)專業仿真軟件計算、設計、校驗，使裝置設計最優化；2)具備防止諧波放大的功能，可避免與系統發生諧振；3)結構簡單、設備投資少、運行可靠性高、運行費用低；4)用中性點不平衡電流保護、開口三角電壓保護、電壓差動保護等；5)屏，確保設備安全運行。4.6選型說明TPPF－□/□，參數為容量/電壓4.7應用領域軋機、中頻爐、牽引變、提升機、單晶硅、直流傳動等）和電弧型負荷（電弧爐、硅鐵爐、精煉爐、電石爐等）的無功和諧波問題，積累了豐富的濾波器設計、運行經驗，為合理設計各種負荷性質諧波源的濾波方案提供了保障。軋機、提升機等，可和TCR(晶閘管控制電抗器)構成