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摘 要:介紹了電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成和基本原理,分析探討了該系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)和工廠用電設(shè)備監(jiān)測等方面的應(yīng)用,其對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有重要意義。
關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量;監(jiān)測系統(tǒng);供配電系統(tǒng);應(yīng)用
0前言
電能質(zhì)量是衡量電網(wǎng)供給用戶端交流電能的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是對電力系統(tǒng)、工業(yè)用戶等電能質(zhì)量進行監(jiān)測并自動記錄的智能化數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓及電流波形進行實時監(jiān)測、分析,并自動生成所需圖形報表,相關(guān)技術(shù)人員即可以通過Web方式隨時查詢電網(wǎng)的實時電能質(zhì)量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),對電能質(zhì)量擾動做出科學(xué)的評估,為改善電能質(zhì)量提供決策依據(jù)。
1電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理
電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測終端、主站及遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件系統(tǒng)組成。
1.1電能質(zhì)量監(jiān)測終端
監(jiān)測終端主要完成數(shù)據(jù)的處理、記錄、存儲以及與主站之間的通訊連接和數(shù)據(jù)傳輸,形成圖形報表。監(jiān)測終端還具有LCD圖形顯示、多參數(shù)綜合測量、參數(shù)報警值設(shè)定、實時定點報警等功能。終端運行VRTX實時多任務(wù)操作系統(tǒng),可以及時響應(yīng)用戶的請求,過電壓數(shù)據(jù)采用中斷方式記錄,保證數(shù)據(jù)不丟失。
監(jiān)測終端的硬件由TA/TV及AD信號預(yù)處理、DSP數(shù)據(jù)處理器、并行通訊ISA總線并行擴展、調(diào)制解調(diào)器、LCD顯示器(VGA單色帶背光)、網(wǎng)絡(luò)適配器、電源等構(gòu)成。電能質(zhì)量監(jiān)測終端的硬件構(gòu)成框圖見圖1。
傳感器將配電網(wǎng)參數(shù)的電能信號TA/TV轉(zhuǎn)化為AD的輸入信號,然后進行同步采樣,轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)通過同步串口傳入DSP,進行數(shù)據(jù)處理。DSP數(shù)據(jù)處理器是監(jiān)測終端的核心部件之一,它將采集的數(shù)據(jù)變換格式,采用成熟的FFT(快速傅立葉算法)計算分析處理各種數(shù)據(jù)。DSP將分析結(jié)果送到LCD以圖形方式顯示電壓、電流基波及各次諧波的幅值、相角,電壓、電流的矢量圖,電壓、電流波形,并通過串口將數(shù)據(jù)送到主站PC進行相應(yīng)的處理。上位計算機對接收到的數(shù)據(jù),通過管理軟件對數(shù)據(jù)進行分類、儲存、共享,運行和管理人員可隨時查詢,并可選取需要的數(shù)據(jù)進行報表輸出和曲線打印分析。
1.2主站及遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件
主站通過調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)絡(luò)接受監(jiān)測終端上傳的數(shù)據(jù)主站為客戶機—服務(wù)器方式,數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中,可以方便地調(diào)用與查詢。主站接受監(jiān)測終端上傳的數(shù)據(jù),進行統(tǒng)計分析,形成文件、報表及曲線,并可顯示數(shù)據(jù)和圖形(如頻譜圖、波形圖、曲線圖、向量圖等)。它可以管理多臺電能質(zhì)量監(jiān)測終端,對收集到的數(shù)據(jù)進行分析與處理,可以對某一時段或某一事件過程時段的電能質(zhì)量進行分析、形成報表,自動形成日、月和年報表,自動找出諧波含有率超標(biāo)的時段與線路,計算電壓合格率與供電可靠性。遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件主要完成數(shù)據(jù)的處理、計算、統(tǒng)計及圖顯,提供報警等信息。監(jiān)測系統(tǒng)軟件框圖
見圖2。
2電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用
從上世紀(jì)80年代起,我國電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展歷程,已經(jīng)實現(xiàn)了由單一功能向多功能監(jiān)測的發(fā)展。目前在電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)已在供配電系統(tǒng)和工廠用電設(shè)備監(jiān)測有著廣泛應(yīng)用。
2.1供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測
我國早在90年代開始就陸續(xù)推出了關(guān)于電能質(zhì)量方面的一系列相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。在電子技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的今天,現(xiàn)代電子設(shè)備對電能質(zhì)量更為敏感,現(xiàn)代電子設(shè)備的大量應(yīng)用加重了電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染,因此及時了解電能質(zhì)量的情況對對于供用電雙方都具有十分重要的意義。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對運行中的供配電系統(tǒng)進行實時連續(xù)監(jiān)測,可根據(jù)使用部門的要求進行相關(guān)指標(biāo)合格區(qū)域等參數(shù)的設(shè)定、統(tǒng)計出電網(wǎng)各指標(biāo)的數(shù)據(jù),自動生成所需圖形報表,并進行數(shù)據(jù)儲存。同時系統(tǒng)對設(shè)定的電能質(zhì)量指標(biāo)值有越限報警功能,可輕松判斷指標(biāo)超標(biāo)與否,提醒人們對供、用電設(shè)備的運行狀態(tài)及時進行調(diào)整,確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2供配電系統(tǒng)及工業(yè)用電設(shè)備運行監(jiān)測
電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對供配電系統(tǒng)運行中電壓、電流全波形的實時監(jiān)測,并實時分析電網(wǎng)中電壓、電流的諧波狀況,為運行和檢修人員提供可靠的電網(wǎng)運行相關(guān)參數(shù),隨時隨地掌握電網(wǎng)的運行狀況,這樣就能在供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備運行出現(xiàn)故障前,掌握到其早期的故障信息,及時做好預(yù)防檢修,提高電力系統(tǒng)供電的安全性、可靠性和經(jīng)濟性,保證用電設(shè)備的正常工作。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)也可對工業(yè)用電設(shè)備運行進行監(jiān)測,特別是容量相對較大的非線性負(fù)載用戶設(shè)備。用戶可通過監(jiān)測數(shù)據(jù),掌握用電設(shè)備諧波情況,以制定合適的治理方案,提高用電質(zhì)量,同時提高設(shè)備使用壽命。同時用戶還可通過監(jiān)測系統(tǒng)在線無功補償,提高功率因數(shù),滿足供電企業(yè)考核指標(biāo),同時減少線路損耗,節(jié)約電能消耗;通過在線監(jiān)測用戶可以及時清楚了解供電設(shè)備狀況,及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和電能損耗定位,提高供電效率。
2.3供配電系統(tǒng)事故原因分析
電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有故障錄波功能,能夠記錄發(fā)生故障時刻的電網(wǎng)狀態(tài),通過分析,為判斷故障的來源和分析、解決問題提供了詳盡、可靠的數(shù)據(jù)和依據(jù),這對于解決電力故障糾紛提供了可靠的技術(shù)支持。
2.4為供配電網(wǎng)技改提供依據(jù)
通過電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng),可以評判供配電網(wǎng)監(jiān)測點哪些指標(biāo)是主要的矛盾所在,其概率水平及時間分布規(guī)律如何,從而以合理的投資、較好的技術(shù)方案、適度余量的容量進行解決。
2.5合理引導(dǎo)用戶錯峰用電提供依據(jù)
近年各地不同程度都出現(xiàn)電力缺口的情況。通過電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng),可以統(tǒng)計出本地區(qū)峰、平、谷用電負(fù)荷情況,據(jù)此電力管理部門可制定合理的錯峰用電方案,合理分布電能使用時間,削峰填谷,減少因為拉閘限電給企業(yè)帶來損失。
3電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)
3.1概述
電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)主要研究供配電系統(tǒng)中的無功補償和諧波治理問題,適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的無功補償、諧波及綜合治理等,可根據(jù)不同行業(yè)類型和負(fù)載類型的電能質(zhì)量問題提供合適的設(shè)計解決方案,以達(dá)到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的目的。
3.2典型行業(yè)
①商業(yè)中心/辦公大樓/醫(yī)療/機場/體育館:空調(diào)、電梯、LED屏幕、可控硅調(diào)光系統(tǒng)、音響系統(tǒng);
②港口碼頭/造船/造紙/煙草/煤礦:變頻器等;
③光伏/充電樁/化工/冶金:變頻器、整流器等;
④學(xué)校/研究院:實驗室、機房設(shè)備、數(shù)據(jù)中心;
⑤工廠:使用大型設(shè)備的生產(chǎn)線,高精度數(shù)控中心等;
⑥通信/金融/醫(yī)療/商業(yè)中心:UPS、開關(guān)電源等。
3.3系統(tǒng)架構(gòu)
電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)由低壓側(cè)電能治理產(chǎn)品組成,主要產(chǎn)品有ANAPF有源電力濾波器、ANSVG靜止無功發(fā)生器、ANSNP中線安防保護器、ANHPD諧波保護器、ANSVC低壓無功功率補償裝置、ANSVG-G-A混合動態(tài)濾波補償裝置、ANSVG-S-A混合動態(tài)消諧補償裝置、ANSVG-S-G智慧型動態(tài)無功補償裝置等。
4產(chǎn)品選型
4.1 諧波治理產(chǎn)品選型
種類 區(qū)別 | ANAPF 有源電力濾波器 | ANSNP 中線安防保護器 | ANHPD 諧波保護器 |
組成 | 電力電子元器件 | 電力電子元器件 | 高通濾波模塊 |
功能 | 諧波治理、無功補償、 平衡三相電流 | 諧波治理、無功補償、 平衡三相電流 | 治理高次諧波,防止高頻干擾 |
濾波范圍 | 2-51次 | 2-51次 | 3kHz~10MHz |
應(yīng)用 | 應(yīng)用范圍較廣,可無功補償和平衡三相電流,與傳統(tǒng)無源濾波器相比節(jié)省空間,有較強的補償性能、適應(yīng)場合多。 | 適用于商場、劇院、體育中心、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院等3N次諧波較大場合,能夠的治理過大的零線電流。 | 通常應(yīng)用于醫(yī)院、機房、工廠、實驗室等易受高頻諧波干擾場合。 |
4.2、無功補償產(chǎn)品快速選型
種類 區(qū)別 | ANSVC 低壓無功功率補償裝置 | ANSVG 靜止無功發(fā)生器 | ANSVG-S-G 智慧型動態(tài)無功補償裝置 | ANSVG-S-A 無功諧波混合補償裝置 | ANSVG-G-A 混合動態(tài)濾波補償裝置 |
組成 | 分立元件(電容、電抗、投切開關(guān))或智能電容 | SVG模塊 | ANSVG-S-G模塊+分立元件 | APF模塊+分立元件 | ANSVG-G-A模塊(輸出無功和諧波) |
無功補償 范圍 | 容性無功 | 容性無功 感性無功 | 容性無功 部分感性無功 | 容性無功 部分感性無功 | 容性無功 感性無功 |
無功補償 精度 | 一般 (寬范圍無功補償) | 高 (精細(xì)無功補償) | 很高 (寬+精細(xì)無功補償 ) | 一般 (寬范圍無功補償) | 高 (精細(xì)無功補償) |
諧波治理 | 5,7,11,13次 | 5,7,11,13次 | 2-50次 | 2-50次 | |
動態(tài)響應(yīng) | ≥100ms | ≤5ms | ≤5ms | ≤5ms | ≤5ms |
應(yīng)用 | 功率因數(shù)較低,負(fù)荷波動不能太快,主要以無功補償為主的場所。 | 功率因數(shù)低,負(fù)荷快速變化,兼顧無功補償和低次諧波治理。例如: 點焊機;汽車行業(yè),分布式光伏,碼頭提升裝置;鋼廠 | 功率因數(shù)低,負(fù)荷快速變化,以無功補償為主,低次諧波治理為輔。如: 點焊機; 負(fù)荷較平穩(wěn)的場所,例如:工廠、省網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)等 | 功率因數(shù)低,負(fù)荷變化穩(wěn)定,諧波電流嚴(yán)重畸變的場所。 例如: 變頻器 | 適用于無功量大,負(fù)載頻繁變化,電流嚴(yán)重畸變,且現(xiàn)場柜體安裝空間有限制的場所。如:汽車行業(yè),鋼鐵冶金行業(yè),光伏行業(yè),單(多)晶爐行業(yè)等。 |
單柜容量 (800*800*2200)柜體尺寸可定制 | 300Kvar | 500Kvar | 300Kvar | 200Kvar無功+100A諧波 | 500Kvar無功+250A諧波 |
5產(chǎn)品功能
5.1 ANAPF有源電力濾波器
觸摸屏
互感器
ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)上,負(fù)載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控制系統(tǒng)中,通過實時檢測電路將負(fù)載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來,經(jīng)控制系統(tǒng)快速運算,采用PWM控制IGBT的觸發(fā)。通過由大容量IGBT管組成的三相變流器向系統(tǒng)注入補償電流,該補償電流與負(fù)荷電流中的諧波電流大小相等,方向相反,互相抵消,實現(xiàn)濾除諧波的功能,保證流入電網(wǎng)電流是正弦波。
5.2 ANSNP中線安防保護器
ANSNP中線安防保護器通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上各次諧波電流,經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量,產(chǎn)生諧波電流指令,通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流,并注入中性線,從而消除中性線中過大的電流。
5.3 ANSVG靜止無功發(fā)生器
ANSVG靜止無功發(fā)生器是一種用于補償無功以及不平衡的新型電力電子裝置,它能對大小變化的無功以及負(fù)序進行快速和連續(xù)的補償,其應(yīng)用可克服LC補償器等傳統(tǒng)的無功補償器響應(yīng)速度慢、補償效果不能控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點。
ANSVC 低壓無功功率補償裝置適用于頻率 50Hz 電壓 0.4kV 電網(wǎng)的無功功率自動補償;它集無功補償、電網(wǎng)監(jiān)測于一體,不但可以通過投切電容器組來補償電網(wǎng)中的無功損耗,提高功率因數(shù),降低線損,從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量;同時還能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)等電量參數(shù)。
AZC系列智能電力電容補償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。AZC由智能測控單元,投切開關(guān),線路保護單元,低壓電力電容器等構(gòu)成,AZCL在AZC的基礎(chǔ)上添加了電抗器,電抗率可選7%/14%,用于主要諧波為5次及以上/3次、5次及以上的電氣環(huán)境。改變了傳統(tǒng)無功補償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式。具有補償效果更好,體積更小,功耗更低,價格更廉,節(jié)約成本更多,使用更加靈活,維護更方便,使用壽命更長,可靠性更高等特點。
5.5 ANSVG-G-A混合動態(tài)濾波補償裝置
ANSVG-G-A混合動態(tài)濾波補償裝置在補償無功的同時可兼治理系統(tǒng)的諧波,該設(shè)備以并聯(lián)方式接入配電系統(tǒng),實時監(jiān)測系統(tǒng)的電流分量,通過控制計算及邏輯變化,計算出系統(tǒng)所需的無功分量及諧波分量,然后通過三相全橋換流電路實時產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的無功與諧波電流注入到配電系統(tǒng)中,實現(xiàn)智能補償,兼諧波治理。
5.6 ANSVG-S-A系列混合動態(tài)消諧補償裝置
ANSVG-S-A系列混合動態(tài)消諧補償裝置應(yīng)用新技術(shù),以SVC的經(jīng)濟性和APF濾波的性等特點為基礎(chǔ),將兩者技術(shù)相結(jié)合,提高傳統(tǒng)無功補償技術(shù),在降低成本的同時,實現(xiàn)諧波治理與無功補償。
5.7 ANSVG-S-G智慧型動態(tài)無功補償裝置
ANSVG-S-G智慧型動態(tài)無功補償裝置是一種用于補償無功,提高功率因數(shù),實現(xiàn)補償效果的新型電力電子裝置;智能控制系統(tǒng)主動根據(jù)系統(tǒng)的線性動態(tài)需求,自動調(diào)節(jié)有源及無源模塊的輸出配比;ANSVG-S-G整機主要是由ANSVG-S-G模塊、無源補償電容器(TSC)、液晶顯示器組成。
6應(yīng)用案例
6.1 概述
某工廠負(fù)載為空壓機、注塑機一類的變頻設(shè)備,是典型的諧波發(fā)生源,客戶要求針對諧波電流進行治理,改造前/后實測數(shù)據(jù)如下:
治理前數(shù)據(jù)截圖
治理后數(shù)據(jù)截圖
現(xiàn)場安裝圖
6.2 測量前/后數(shù)據(jù)統(tǒng)計
變壓器 | 電流 | 電流畸變率 | 諧波電流 | 電壓畸變率 | 3次諧波 | 5次諧波 | 7次諧波 | 11次諧波 |
治理前A相 | 493.0 | 32.39% | 159.7 | 5.4% | 5.5 | 138.5 | 49.7 | 29.3 |
治理后A相 | 458.5 | 10.42% | 47.8 | 2.97% | 0.7 | 39.9 | 21.8 | 4.7 |
治理前B相 | 483.2 | 32.67% | 157.8 | 5.48% | 6.4 | 138.8 | 44.1 | 29.3 |
治理后B相 | 455.0 | 10.56% | 48.0 | 3.01% | 6.0 | 40.8 | 19.8 | 7.0 |
治理前C相 | 498.8 | 31.82% | 158.8 | 5.51% | 1.9 | 139.4 | 46.7 | 29.3 |
治理后C相 | 479.2 | 10.40% | 49.8 | 3.01% | 2.9 | 41.4 | 23.2 | 6.8 |
6.3 測量前/后數(shù)據(jù)分析
從治理前后的測量數(shù)據(jù)電流波形對比圖中,我們可以較為直觀的看出諧波治理后的電流波形更加平滑,更加趨近于正弦波形。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知,諧波電流主要以5、7、11次為主,治理前的5、7、11次諧波電流均超出國標(biāo)限值(5次62A、7次44A、11次28A),經(jīng)過容量200A的ANAPF有源濾波器治理后均降到了限值以下,滿足國標(biāo)對于各次諧波電流值的要求;治理后諧波電流畸變率(以A相為例)由治理前的32.39%降到了10.42%;治理后諧波電壓畸變率(以A相為例)由治理前的5.4%降到了2.97%,滿足國標(biāo)限值電壓畸變率≤5%的要求,各項指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn),諧波治理效果明顯。
7典型業(yè)績
常州市軌道交通 | 青島國際機場 |
武漢軍運會體育中心 | 贊比亞城市安全中心 |
滬通鐵路 | 哈爾濱某醫(yī)院松北院區(qū) |
蘭州某人工智能云計算 | 棋山隧道配電 |
中國郵政速遞物流 | 晉江第二體育館中心 |
安徽某生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園 | 華電淄博華星項目 |
北湖輕軌 | 方莊未來水廠 |
利時廣場 | 長沙某智能制造產(chǎn)業(yè)園 |
杭州火車南站 | 達(dá)州西客站充電站 |
高淳人民醫(yī)院 | 上海張江高科產(chǎn)業(yè)園 |
深圳某污水處理廠 | 蘭州大學(xué) |
堯塘中小學(xué) | 鄭州市民活動中心 |
8結(jié)束語
電能質(zhì)量監(jiān)測是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的技術(shù)支撐,是保證電網(wǎng)和電氣設(shè)備安全和可靠的重要手段。建立實用、先進、可靠的電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),為及時分析和反映電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平,找出電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量的原因,采取相應(yīng)的措施,對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有重要意義。
電瓶車充電樁、電動汽車充電樁禁止非法改裝!