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多种技术治理电能质量存在的问题

添加时间:2016-01-25 16:50:34  浏览次数: 次  :

        固定调谐补偿是一种可以在有谐波存在的环境下运行的无功补偿技术,同时具有一定程度的谐波滤除作用。
1.单纯电容补偿。
        电容器可以补偿电动机产生的无功功率,以提高功率因数。
        但这些电容器会和变压器形成谐振回路,而且随着电容器投入切除,谐振频率会不断变化,就有可能在某些投切比例下正好放大了系统中存在的谐波,造成系统谐波超标、电容器寿命缩短甚至爆炸等等危害。
        因此,单纯电容补偿措施,在目前工业环境下已经属于应该淘汰的措施。
2.固定调谐电容补偿。
        在补偿电容器回路上附加电抗器,让电容器和电抗器形成频率固定的谐振回路,并且让这个频率比系统中存在的所有谐波频率都小,这样不仅不会再放大谐波,而且还具有一定的衰减作用。
        固定调谐补偿是一种可以在有谐波存在的环境下运行的无功补偿技术,同时具有一定程度的谐波滤除作用。
        电容器和电抗器之间的阻抗比不同,谐振频率就不同,产生的作用就也有差别,常见的阻抗比有14%、12.5%、7%、5.67%四种。
        14%阻抗比的情况,对于3次以上的谐波都不会放大,但对各次谐波的滤除能力最低,而且对3次零序谐波没有滤除作用。
        由于六脉波谐波源不产生3次非零序谐波,所以这种阻抗比不常用。
        12.5%阻抗比的情况,作用和14%的情况差不多,只是谐波滤除作用略微强一点,也不常用。
        7%阻抗比的情况,对于5次以上的谐波都不会放大,并且具有一定的滤除作用,大约可以滤除20%左右的六脉波谐波源产生的谐波,特别适合于只有六脉波谐波源,且谐波问题本来不严重的情况下,作为同时治理无功功率和谐波问题的综合措施,也可以配合无源滤波或者有源滤波技术使用。
        5.67阻抗比的情况,对于5次以上的谐波都不会放大,而衰减作用更大,对六脉波谐波源产生的谐波,可滤除40%到50%,但对电容器和电抗器的参数漂移有一定要求,投资比7%阻抗比的设备要高一点,适合于只有六脉波谐波源,固有谐波成分轻微超标的情况下,作为同时治理无功功率和谐波问题的综合措施,比如变频器一类设备占总容量比例在20%到40之间的应用场合。
        固定调谐补偿设备是在有谐波环境下工作的,元件上承受的电压和电流都比没有谐波的情况高,所以,为单纯电容器补偿设计的电容器,以及不是专门为谐波环境运行设计的电抗器,都不能用来组成固定调谐补偿设备。
低、中、高压系统都可以采用固定调谐补偿技术。
3.动态投切技术。
        电容器切除后没有放完电就再次投入,如果正好是电源电压相位和电容器电压相反的瞬间,电容器上就会承受超过电网峰值的电压,甚至达到峰值电压两倍的过电压,同时充电电流很大,会损坏电容器。
        在电容器初充电期间,充电电流的最大瞬时值远大于正常运行情况,如果正好在电流最大瞬时值的时候切除,也可能损伤电容器。
        因此,接触器投切的电容器,投入和切除动作之间必须有时间间隔。
        这样,就做不到利用在无功功率快速变化的同时进行实时补偿的方式,来缓解电压瞬变了。
        利用晶闸管配合触发电路上的检测判断功能,可以在检测到电源电压与电容器电压接近的瞬间投入,或者在电容器充电电流过零时切除,能够不受投切时间间隔限制,达到快速投切的要求,这种方式称为动态投切。
        动态投切用带控制单元的晶闸管作为投切开关,投资比接触器投切要高。
        实际上并不需要把所有补偿回路都设计成动态投切,只需要一部分补偿回路采用动态投切,利用自动转换方式,在静态投切的电容器放电完成或者充电平稳之后,与动态投切的电容器之间进行交换,始终让一半左右的动态投切回路保持投入,这样,不论是需要投入还是切除补偿回路,都可以利用动态投切回路瞬时执行,达到动态投切的效果,这种方式就是动-静结合投切技术。
        动态投切技术目前只能用于低压补偿。
4.无源滤波技术。
        无源滤波技术也称调谐滤波技术,它本质上仍然是调谐原理,只不过调谐频率从衰减端更加靠近需要滤除的谐波频率,例如调谐频率略低于250Hz的调谐回路,能够滤除大部分5次谐波,调谐频率略低于350Hz的调谐回路,能够滤除大部分7次谐波等等,把能够滤除大部分5、7、11、13次谐波的四个分支回路组合起来,就能够滤除六脉波谐波源产生的大部分谐波。
        无源滤波技术适用于谐波源都是六脉波设备,谐波成分又严重超标的情况。
        无源滤波和固定调谐补偿一样,基本回路都是由电容器和电抗器组成的调谐回路,都同时具有滤波和补偿功能。只不过固定调谐补偿以无功补偿为主,滤波功能只是顺带有一些,而无源滤波以谐波滤除为主,顺带具有补偿作用。
        无源滤波的调谐频率很接近谐波频率,因此要求调谐频率非常精确,而且不能明显漂移,所以,对于设计计算能力,电容器和电抗器的质量,以及参数漂移的限制等都要高很多,所以投资明显高于固定调谐补偿,而且能够掌握此技术的制造商也远没有固定调谐补偿普遍。
        无源滤波技术虽然是很多谐波治理厂商没能掌握的技术,但对于掌握了此项技术的厂商而言,却是属于成熟技术,其运行可靠性是相当高的。
        无源滤波技术既可以用于低压系统,也可以用于中、高压系统。
5.有源滤波技术(ACF)。
        和无源滤波不同,有源滤波技术不是利用的调谐原理,而是利用有源逆变技术,产生出谐波来和系统原有谐波抵消,得到滤波的目的。
        有源滤波需要实时检测系统谐波情况,然后以有源逆变作为执行手段,实时产生反相位谐波去抵消系统谐波。
        所以,有源滤波技术实际上是一种自动控制技术,不受调谐频率限制,可以滤除一定范围内的各次谐波,使用四线制的带零序的有源逆变,还能够滤除零序三次谐波,而且,滤除谐波的程度,要比无源滤波更强,滤除得更干净。
        有源滤波同样可以逆变出不同相位的基波成分来抵消基波无功电流,因此也同样具有无功补偿的能力。有源逆变的发生机制是实时的,可以实时补偿无功功率和滤除谐波,所以,有源滤波也能够有效缓解电压瞬变。
        所以,有源滤波从功能来说,几乎可以说的万能的电能质量治理手段。
        但有源滤波技术是一种复杂技术,投资成本远高于调谐技术,而且有源逆变理论上还存在逆变颠覆的技术隐患,所以,有源滤波技术应该用在调谐滤波技术不能充分解决问题的场合,不应该作为谐波治理的首选手段。
        存在大量的非六脉波谐波源产生的变化谐波的场合,需要把谐波成分滤除得特别干净的场合,以及存在大量的3次零序谐波的场合,才是真正需要有源滤波技术的合理的应用场合。
        另外因为元件因素,有源滤波目前还很难直接制造中压以上的产品。
6.中压SVC技术。
        SVC技术也是一种调谐滤波技术,是调谐频率可以动态改变的调谐滤波技术的总称,分为两个大类,一类是通过晶闸管动态投切调谐回路内的电容器而电抗器容量保持不变,使得回路谐振频率动态变化的TSC方式,另一类是通过晶闸管动态投切调谐回路内的电抗器而保持电容容量不变,使得回路谐振频率动态变化的TCR方式。SVC技术用于在中压环境解决谐波次数不断变化的谐波滤除需求,是有源滤波技术在中压领域的一种替代技术。
        和有源滤波不同的是,能够同时滤除的谐波次数受到设备回路数的限制,也就是每一个回路虽然可以改变谐振频率用于滤除不同次数的谐波,但只能同时滤除单次谐波,有几个回路就只能同时滤除几个单次谐波。
        SVC技术是利用晶闸管串并联方式进行投切的,技术要求相当复杂,投资成本相当高。
        因此,SVC技术是一种高成本的替代技术,用于弥补中压系统不能使用有源滤波技术的问题,但其功能作用并不能完全替代有源滤波技术。
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