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基于HPD的ELECON谐波保护整体解决方案

更新时间:2009-12-4:  来源:毕业论文

基于HPD的ELECON谐波保护整体解决方案
一、 概述
现代工业不断发展,负载设备日新月异,随之带来的用电情况也越来越复杂,对电网产生的污染也呈现出多元化,从而给谐波保护带来更高的技术要求.

作为谐波保护领域的专家,ELECON拥有雄厚的技术研发力量和丰富的行业经验,不断在技术上创新,引领着国际谐波保护领域的方向。传统的谐波保护解决方案只是从单一的设备入手,针对狭窄的谐波频率,“头疼医头,脚痛医脚”,这种方法虽然可以达到一定的效果,但是无法从根本上解决问题,电网当中还是存在不稳定因素,可能对设备的安全运行造成影响。ELECON为了解决这一问题,经过常年不懈的研发,设计出了一套行之有效的谐波保护整体解决方案。

ELECON谐波保护整体解决方案从企业的整个供电系统入手,通过对每个用电环节细致地检测,让我们掌握了第一手的详细的“病症”。无论是从变压器,还是配电间,还是用电设备以及中间的线路环节,都是我们所关注的,所有的检测数据都会进入ELECON谐波保护检测报告,成为制定ELECON谐波保护整体解决方案的重要依据。

通过对谐波保护检测报告进行分析,结合ELECON丰富的行业经验,“对症下药”,选用ELECON谐波保护产品系列中具有不同功能的产品,布控在用电系统中存在问题的位置,ELECON谐波保护整体布控方案这种“量体裁衣,量身定做”的电能治理方案能最大程度的解决企业中令人头疼的谐波保护问题。
ELECON谐波保护整体解决方案与仅提供少数可选择的单个解决方案的供应商的比较如下:
单个解决方案
ELECON谐波保护整体解决方案
仅提供一种产品,可能不是最好或最经济的方案
提供一系列的解决方案,是最合理、最高价值的方案
提供单一的产品,可能不是最先进的技术
领先的高科技产品,完善的整体解决方案
单一的解决方案,在实施后可能会出现各种问题
全面、细致的测试,结合用户的实际情况,综合考虑各种因素,制定高标准的解决方案,确保实施后全面令人满意
仅针对电力侧谐波(3、5、7次等)
针对电力侧谐波和用户侧谐波,高次、低次完整解决
二、 应用HPD谐波保护器的必要性

  随着工业、农业和人民生活水平的不断提高,除了需要对电能成倍的增长、对供电质量和供电可靠性的要求也越来越多,电能质量(Power Quality)受到人们的日益重视。例如,工业生产中的大型生产线、机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电,或因受电力网上瞬态电磁干扰影响,致使计算机系统无法正常运行,将会带来巨大的经济损失。
  随着电力电子技术的广泛应用和发展,电力系统中非线性负载日益增多,如整流器、变频器、UPS、家用电器及计算机等。这些非线性负载会产生谐波电流并注入到电网中,使电网中的电压波形产生畸变,从而造成电网的谐波“污染”。
  另外,冲击性、波动性负载,如电弧炉、焊接设备等在运行中不仅会产生大量的高次谐波,而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重,危害电网的安全运行。
谐波的危害
  电网的谐波污染所产生的后果较为严重,概括起来主要有以下几个方面:
  对供电设备的危害:
  ·电力变压器和发电机损耗增大,产生过热,降低输出功率;
  ·电缆过热,绝缘老化;
  ·保护装置产生误动作和拒动,直接危及电网的安全运行;
  ·电力电容器过流发热;
  对用电设备的危害:
  ·伺服电机产生脉动,交流电机产生谐振,噪音增大;
  ·晶闸管触发装置发生触发错误,甚至导致设备出现故障;
  ·电网中广泛使用的各种仪表,如电压表、电流表、功率表和电度表等产生误差;
  ·对通讯系统产生干扰,降低信号的传输质量,破坏信号的正常传递,甚至损坏通信设备;
  ·照明设备和显示器产生闪烁。
  对电网的危害:
  ·谐波电流在电网中流动,从而增加损耗,影响电网及各种电气设备的经济运行;
  ·大大增加了电网中发生谐波谐振的可能。谐振会导致很高的过电压或过电流,引起严重的事故;
三、 HPD2000 谐波保护器(有源方式)的谐波保护作用:
ELECON公司的HPD2000 谐波保护器采用目前最先进的模拟逻辑方式消除电网谐波。HPD2000 谐波保护器实时检测电网中由非线性负载产生的电流波形,滤除其中的基波部分,并将剩余部分反相,再通过IGBT逆变器的触发将反相电流注入到电网中,实现滤除谐波的功能。
  此外,HPD2000 谐波保护器还可以提供超前或滞后的无功电流,用于改善电网的功率因数和实现动态无功补偿。
HPD2000主要有四大功能: 动态补偿、抑制谐振、无功补偿、主动(有源)滤波。
3.1 动态补偿功能
3.1.1 概述
电弧焊机、电弧炉等负载在运行时会产生很高的浪涌电流,其持续时间只有几秒钟。这种周期性电流突变导致电源变压器磁通(励磁电流)饱和。磁路过饱和引起变压器输出电压急剧下降,从而导致负载运行性能降低或无法运行。
另外,电源系统在电压降低时会提供额外的电流来维持变压器电压,这样会在电力系统内产生新的浪涌成分。这些断续浪涌电流加剧电源系统的压降。当这种压降重复出现时,人们能感觉到的就是灯具的闪变(Flicker)。
3.1.2 HPD2000工作原理
HPD2000的设计原理是通过注入电流补偿负载需要的电流,从而减少对上游电力系统的需求。使用HPD2000后,出现浪涌电流时电源变压器就不需要提供大量的需求电流,变压器就不会过饱和。负载和电力系统的电压保持稳定,从而消除闪变干扰。
HPD2000采用模拟电流控制算法以实现超前快速响应。这就使得HPD2000在负荷快速变化期间能够实现瞬时响应,注入需要的电流,例如在电焊机的第一个浪涌期间。无论是谐波电流还是无功负载的变化,对HPD2000来说都没问题。HPD2000通过电流互感器监视负载状态,并通过注入这些负荷所需要的与注入的尖蜂周期数同样数量的电流实现快速响应。
通过使用这种瞬时接通机制,HPD2000可以保持系统电压水平、减少电压闪变、提高功率因数、提高产品质量和运行特性,这样,就提高了整个工厂的经济效益。
3.2. 抑制谐振功能
3.2.1 概述
很多电力系统都因为安装了电气参数相互关联的设备,由于彼此相互作用而产生共振。共振会导致设备故障,缩短设备使用寿命或增加其它开销。由于大量半导体设备(非线性负载),如变频驱动装置, UPS,电焊机和电池充电设备的应用,使电网共振越来越频繁的发生。共振是系统不稳定的一种形式。典型的情况是整个系统的元件相互影响,产生了不可预测的结果。发生相互影响的通常是无功元件,如电感,电容或晶闸管控制系统。当系统参数变化或由于负载的增加而扩大系统时,引起无功元件产生的共振相对普遍。为提高功率因数增加电容器或在母线处增加无功补偿滤波装置也是引起共振的原因。电源功率增加,电容器充电,靠近用户设备的变压器等是共振发生的潜在因素。
最不希望发生的是电压和电流发生共振。共振导致电压或电流超过系统中元件的设计极限,发生过载。例如,电容器两端产生极高的电压,流过很高的充放电电流,发生电压击穿或过热故障。根据共振的振幅大小,故障会立即发生或经过数月。由于故障发生时间很短而判断不出故障的真正原因。
由于半导体(非线形)负载产生的谐波接近系统固有的谐振频率, 因此系统产生谐振的可能性急剧增加。例如变频驱动装置产生的谐波就包含很多频率,直到29次谐波。其他传动装置或电容器组的特征谐振频率有可能在29次左右。需要注意的是, 电容器设计充放电速度为每秒钟60次,而不是29倍数。这样电容器有可能过热并导致故障。
消除谐振能够减少由于过热和电压崩溃造成的设备故障,同时延长设备的使用寿命。系统功率因数得到改善,谐波含量减少等等。在工矿企业供电系统中,避免了谐振引起的过热跳闸或功率因数补偿电容器不能正常运行等情形。
3.2.2 使用HPD2000消除谐振的效益
a) 设备费用低,占地少,操作简单。
b) HPD2000与负载并联连接,安装方便。
c) HPD2000易于升级。如果负载增加,可接入扩展单元。
d) HPD2000使用灵活。HPD2000可安装于主分配母线上,下级配电盘上,就地配电盘上或单一负载处,由用户确定最佳补偿点。
3.2.3 完整的解决方案
HPD2000是一种电源补偿系统, 同时可将系统谐振电流和谐波电流去除。HPD2000通过注入反向电流,阻止谐振的产生。由于大多数电压谐振是由电流谐振引发的,所以通过补偿,电流谐振和电压谐振都会去除。
3.2.4 方案比较
独立安装但又相互干扰的设备间产生谐振无疑是最坏的结果,当面临消除谐振的问题时,人们有几种方法可以选择。最好的办法就是防止谐振,以下几种方法可供选择:
1) 增加或调整系统元件消除谐振
只要切除某个系统元件(通常是电容器)就可以解决谐振现象,但是随着谐振的去除,该元件所起的作用也被取消。更好的办法是既可以补偿总功率因数又不产生谐振。
2) 定制功率因数控制系统
定制电容器组通常在设计时就已经考虑防止谐振问题。然而由于这样的系统是专门设计的,所以不能升级,目前用户很少采用这种方法。
3) HPD2000电源补偿系统
通过正确的设计,在低压(最高至690V)电力系统中,HPD2000电源补偿系统能够彻底去除谐振。HPD2000设计简单、安装方便、性能可靠,并且系统可升级。HPD2000通常是费用较低的一种解决方案。去除谐振只是电源补偿系统的作用之一。参见全系列产品使用指南可以了解更多的信息。
电流互感器安装于三相中的两相上,为控制逻辑电路提供负载的上游电流波形,HPD2000去除波形中的基波(50或60赫兹)成分,将剩余部分的波形反向,然后控制IGBT的触发。这样得到的结果就是去除上游电力系统的谐波的成分。随着谐波电流的去除和基波频率反向电流的注入,总功率因数得到补偿。
3.3.无功补偿功能
HPD2000是一种可安装于电力系统任意位置的弹性解决方案。它可安装于主分配母线、次级分配母线或单个负荷的就地控制柜处。由于与负载并联安装,所以不用负担全部负载电流。它的设计容量只是能够将功率因数提高到需要的水平的无功电流。例如,如果某负荷流过的电流为200安培有功电流和100安培的无功电流,那么HPD2000的容量只需要100安培。
如果由于负载的增加而使得无功电流的需要也相应增加,则可并联接入另一HPD2000单元,通过这种方法最多可以并联五个单元。
四、 ELECON谐波保护整体解决方案流程:
1.首先对意向终端用户进行用电系统工况调查;或根据图纸进行分析预测
2.由ELECON专业工程师或ELECON代理商的技术人员亲临终端用户现场进行用电系统分析 ;
3.通过ELECON谐波保护分析和ELECON技术专家组的分析,提供包括用电系统检测报告、安装布控方案等ELECON谐波保护整体解决方案;
4.制定安装施工方案并安装产品;
5.安装后进行效果测试,出具谐波保护效果鉴定报告;

五、 HPD谐波保护器选型表
1、母线电流 A X 5%
2、变频器/逆变器/变频空调/容量总和 A X 30%
3、调光灯容量总和 A X 30%
4、焊接机/整流设备 A X 30%
以上总和 A X 1.2 为选型依据。
以上为参考估算,具体请提供图纸后由ELECON公司的专业工程师为您出具专业的解决方案。
HPD2000 柜体 选型表
1、高度:
2、宽度:
3、深度:
4、接线方式:
5、安装方式:
6、颜色:

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