大學(xué)高校電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案介紹

很多高等院校和科研院校的實驗室做科研項目時，會應(yīng)用到很多高新儀器、儀器，導(dǎo)致整個高波污染、無功功率、三相不平衡等電能質(zhì)量問題，并對配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響和治理，可有效提高配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。延長教學(xué)配套設(shè)備及電力設(shè)備的使用壽命0.引言學(xué)校的智能化辦公大樓、教學(xué)樓的空調(diào)和照明設(shè)施、高校工程中心變頻器設(shè)備、高用各種舞臺燈光、音響和升降設(shè)備以及電子信息用電設(shè)備和LED燈具，另外包含高校實驗1.圖書館及學(xué)術(shù)報告多功能廳圖書館及學(xué)術(shù)報告多功能廳作為重要的科研、的使用提出更高的要求。這些非線性負(fù)荷大量使用帶來嚴(yán)生危害。普通照明大量采用LED燈具，導(dǎo)致照明配電干線電流波形有畸變，產(chǎn)生的諧波電流主要為3N次諧波為主，對N線的影響較大。多功能廳舞臺燈光諧波主要是由晶閘管調(diào)光器引起，每個調(diào)光器實質(zhì)他負(fù)載，引起電源電壓波形畸變，且以3、5、7次諧波為主。多功能廳舞臺音響是一些專業(yè)電子信息設(shè)備，尤其是電聲學(xué)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)會產(chǎn)生大量3、5、7次諧波。多功能廳舞臺升降設(shè)備產(chǎn)生大量的3、5、7次諧波電流，是主要的2.高校供配電系統(tǒng)諧波源及其特點高校供配電系統(tǒng)中的諧波源主要來自四個場所：綜合教學(xué)辦公樓(涉及電梯、變頻空調(diào)、水泵、照明設(shè)施、計算機通信設(shè)備等)、圖書館及學(xué)術(shù)報告多功能廳(涉及大量各種舞臺燈光、舞臺音響、舞臺升降設(shè)備以及LED顯示屏電子信息用電設(shè)備和調(diào)光器、LED熒光燈等)、科研場所及實驗室(涉及高新儀器、儀器測量設(shè)備、開關(guān)電源、整流/逆變器、UPS/EPS等諧波源)和體育館及校史館(涉及變頻空調(diào)、風(fēng)機通風(fēng)設(shè)備和數(shù)量較多的LED熒光燈等),具有頻譜2.1綜合教學(xué)辦公樓高校中教學(xué)辦公樓常用到的負(fù)載設(shè)備有電梯、變頻空調(diào)、水泵、照明設(shè)施、計算多媒體教學(xué)，計算機的數(shù)量很多，此外服務(wù)器等數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)配有UPS等備用電源。個人電腦的開關(guān)電源及UPS均為諧波源，會產(chǎn)生大量的3、5、7、9等(2n±1)次諧波；學(xué)校安裝的空調(diào)基本都是變頻空調(diào)，電梯也是采用變頻驅(qū)動的三相負(fù)載，會產(chǎn)生大量的3、5、7、9等(2n±1)次諧波，影響到整個學(xué)校供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時學(xué)校中照明設(shè)備大多數(shù)使用的是熒光燈，熒光燈會產(chǎn)生較高的3次諧波。2.2科研場所及實驗室實驗室作為重要的教學(xué)科研場所，因為高校的教學(xué)和科研要求，大量的敏感設(shè)備系統(tǒng)的正常運行。例如很多理工科高校的實驗室包括自動化系的嵌入式系統(tǒng)實驗室、工載的特點，會產(chǎn)生明顯的3次、5次和7次諧波，需要特別注意3次諧波電流對中性線的影響。2.3體育館及校史館載主要以3N次諧波(零序電流)為主，會對N線造成影響。3次諧波是零序諧波，導(dǎo)致諧波電流在中性線疊加，中性線上的電流是相線電流的2倍以上，鑒于進線斷路器為三極斷路器，不檢測中性線電流，即使中性線電流超過導(dǎo)體允高校的供配電系統(tǒng)中使用大量非線性負(fù)載導(dǎo)致諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對整波對其它用電設(shè)備的正常運行也會造成危害。高校所涉及到的非線性負(fù)載設(shè)備對配電系統(tǒng)產(chǎn)生3.1對電網(wǎng)的影響高校中非線性負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生的諧波若流入電網(wǎng)，會造成電網(wǎng)的波動，增加電力系使用壽命。此外n次諧波會使并聯(lián)的無功補償電容器(容抗)與系統(tǒng)(感抗)之間發(fā)生并聯(lián)諧振，造成電容器組的過3.2對變壓器的影響諧波電流使變壓器的銅耗增加，諧波電流的存在，不但會降低系統(tǒng)供電質(zhì)量，增加變壓器系統(tǒng)功率因數(shù)，降低變壓器的使用裕度和使用壽命。變壓器一次側(cè)繞組若為三角形聯(lián)結(jié)多功能廳采用大量的LED燈和LED顯示屏，其產(chǎn)生的大量3次諧波電流會在變壓器一次側(cè)所形成的一個閉合回路內(nèi)流3.3對電容柜的影響變大，溫升變高，引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞。疊加在電容器基波電壓上電容器運行電壓的有效值變大，而且可能使峰值電壓變大很多，使電容器在運行中發(fā)生局部放器損壞的一個主要原因。另外，無功補償并聯(lián)電容器對諧波電流還具有放大作用，電容器對諧波電流放大一般為2-3倍，諧振時可達20倍以上。3.4對教學(xué)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的影響諧波對高校教學(xué)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)干擾的大小由三個因素綜合決定：電力線路諧波電壓和諧波通信線路之間的耦合強度，通信線路對諧波干擾的敏感程度。電網(wǎng)中不平衡諧波電流對校園網(wǎng)通如有較大零序分量諧波電流通過中性點流入大地，將嚴(yán)重干擾附近通信系統(tǒng)。通常音頻通道的頻率為200~3500Hz,而(1)教育始終是國家重視的部分，各地高校建設(shè)依然是國家注重的重點。(2)高?？蒲袑嶒炇液蛨D書館及學(xué)術(shù)報告多功能廳作為重要的科研、學(xué)術(shù)會議和文化交流場所，其涉5.1解決方案高校用電負(fù)荷主要是照明、電梯、空調(diào)，這類負(fù)荷較輕電能質(zhì)量比較好，往往產(chǎn)實驗樓有很多特殊的實驗設(shè)備，含有一些非線性設(shè)備，會產(chǎn)生諧波，電能質(zhì)量較差。染，學(xué)校配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題很可能導(dǎo)致其他用電設(shè)備損壞、影響正常教學(xué)進度等不致力于為高校提供一站式的整體解決方案，從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)等不同方面來滿足高校的需要，5.2方案特點亦可通過接入AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理系統(tǒng)平臺，為高校提供遠程在線服務(wù)(2)采用全控型技術(shù)實現(xiàn)高校用電的電能質(zhì)量；(3)專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測：電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測，測量精度高、測得準(zhǔn)，符合IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)；(4)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)裝置采用整體設(shè)計，并可通過上位平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理和閉環(huán)控制；(5)高品質(zhì)電能質(zhì)量治理：配套電力電子裝置技術(shù)過關(guān)、質(zhì)量過硬，具備網(wǎng)絡(luò)化、可調(diào)控、快速響應(yīng)的性能；(6)電能管理務(wù)業(yè)務(wù)綜合協(xié)同：配電監(jiān)控管理與運維、電能分析與電能質(zhì)量數(shù)據(jù)共享融通，為高校的電能供給與消費5.3方案價值(1)全面監(jiān)測電能質(zhì)量，保障供電可靠性對供電回路的電氣參數(shù)進行全面監(jiān)測，確保設(shè)備用電符合標(biāo)準(zhǔn)要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時(2)完整電能質(zhì)量治理通過集中+就地(終端)整體電能質(zhì)量治理模式，更大程度滿足無功和諧波治理的要求，提高整個高校供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，降低無功及諧波對配電系統(tǒng)、變壓器、輸電線路及整個校園網(wǎng)絡(luò)通信造成損害，以至于減少對教學(xué)活動中性線電流治理6.1集中治理設(shè)備名稱產(chǎn)品型號產(chǎn)品圖片功能特性電能質(zhì)量在電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求多功能網(wǎng)絡(luò)按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，具有全電量測量、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析(包括諧波、間諧波、閃變)、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功能及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的DI/D0模塊、AO模塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，能夠靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控。有源諧波治AnSin□-GI型采用DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，并聯(lián)在系統(tǒng)中，兼補諧波和無功；兼補諧波和無功，可對2～51次諧波進行全補償或指定特定次諧波進行補償；具備完善的橋臂過流、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；具備超前和滯后的功率因數(shù)校正功能；具備動態(tài)過溫降載功能；有源諧波治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能外，亦可通過接入AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺，為用戶提供遠程在線服務(wù)。有源無功補AnCos□-GI型具備無功功率線性補償、三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能，同時可濾除5、7、11、13次以內(nèi)的諧波；具備自動檢測運行、測量監(jiān)視和定值設(shè)定功具備智能散熱和無極調(diào)速的功能；具備動態(tài)擴容功能，支持插拔，方便更換；具備過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能；有源無功補償系統(tǒng)配備有數(shù)據(jù)處理與分析平臺，通過對采集到的用戶現(xiàn)場數(shù)據(jù)與補償設(shè)備補償算法相結(jié)合，為用戶提供定制化的電能質(zhì)量治理服務(wù)，混合動態(tài)諧系統(tǒng)AnCos□/□-GI型核心元器件IGBT選用英飛凌等進口知名品牌，響應(yīng)時間快，精度高、運行穩(wěn)定，能根據(jù)系統(tǒng)的無功特性自動調(diào)整輸出，動態(tài)補償功率因數(shù)；采用全數(shù)字、模塊化控制方式，采用DSP+FPGA高速檢測和運算的數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)控及顯示系統(tǒng)；同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能；諧波補償次數(shù)：2-51次，可對2次～31次諧波電流進行全補償，或僅對指定諧波進行具備遠程通訊接口功能，并可通過PC機進行實時監(jiān)控；基于谷歌Flutter框架構(gòu)建的遙信、遙控軟件平臺，具備遠程服務(wù)與數(shù)據(jù)處理功能，并支持IOS、安卓、PC多平臺交互。6.2末端治理針對末端采用大量LED燈照明設(shè)備及調(diào)光器等負(fù)載的場所，例如圖書館、學(xué)術(shù)報告多功能廳和體育館等，因為該類照明裝置主要負(fù)荷類型為開關(guān)電源型，諧波電流以3次諧波電流為主，3次諧波電流作為零序電流，三相矢量角度一致，所以向N線進行疊加，導(dǎo)致N線電流過大，對整個配電系統(tǒng)的影響較大，所以需要單獨進行末端治理；另外科研實驗室中大量的敏感設(shè)備需要“干凈”的電諧波的影響，也需要針對性地進行就地治理。其末端治表3末端治理產(chǎn)品選型表設(shè)備名稱產(chǎn)品型號產(chǎn)品圖片功能特性中線安防保DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時間短，全數(shù)字控制算法；末端治理，可濾除中性線中由3N次諧波或三相不平衡造成的過大電流；具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；采用4.3英寸屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制；多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；壁掛式模塊設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴容。有源諧波治壁掛式，可進行末端諧波治理；功能設(shè)置：只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功；保護類型：直流過壓保護、IGBT過流保護、裝置過溫保護、輸出限幅保護等；采用DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，并聯(lián)在系統(tǒng)中，兼補諧波和無功；兼補諧波和無功，可對2～51次諧波進行全補償或指定特定次諧波進行補償；基于谷歌Flutter框架構(gòu)建的遙信、遙控軟件平臺，具備遠程服務(wù)與數(shù)據(jù)處理功能，支持IOS、安卓、PC多平臺交互；具備超前和滯后的功率因數(shù)校正功能，可將三相不平衡負(fù)荷調(diào)整至平衡；有源無功補具備無功功率線性補償、三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能，同時可濾除5、7、11、13次以內(nèi)的諧波；具備自動檢測運行、測量監(jiān)視和定值設(shè)定功能；具備智能散熱和無極調(diào)速的功能；具備動態(tài)擴容功能，支持插拔，方便更具備過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能；吸收3kHz~10MHz頻率各種能量的諧波消除高次諧波、高頻噪聲、脈沖尖峰、浪涌等干擾；矯正電壓、電流波形，克服因為高頻諧波污染引起的干擾，保障設(shè)備的安全運7.1項目背景另外高校食堂配電房電容柜內(nèi)電抗器出現(xiàn)燒焦和N線線纜過熱的情況，因為綜合教學(xué)樓和食堂分別涉及變頻空調(diào)、計7.2測量結(jié)果(1)主校區(qū)綜合教學(xué)樓配電室諧波測量數(shù)據(jù)主校區(qū)綜合教學(xué)樓配電室諧波測量數(shù)據(jù)電流電流畸變率3次諧波ABC(2)食堂配電室諧波測量數(shù)據(jù)食堂配電室諧波測量數(shù)據(jù)電流電流畸變率3次諧波ABCN從上述兩組測量數(shù)據(jù)能夠得出綜合教學(xué)樓的諧波主要為5次和7次為主，電流畸變率最多為22%,對于5次和7次諧波可通過在配電房集中治理，消除諧波對整個供配電系統(tǒng)、變壓器、無功柜和其系統(tǒng)各次諧波及諧波電流值標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場電容柜串接7%電抗，3次和5次諧波流入電容柜，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，使電容器的運行電流變大，溫升變高，引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞。因為3次諧波線電流過大會造成中性線超溫、絕緣老化，發(fā)生接地故障，從而導(dǎo)致中斷供電甚至發(fā)生電氣地治理，防止諧波對N線造成損害，保護線路，同時減少火災(zāi)的發(fā)生。7.3治理方案方案一：集中治理：建議配電房無功柜改造，現(xiàn)場電抗器的電抗率為7%,應(yīng)改為14%電抗，能夠抑制3次和5次諧波流入電容柜而導(dǎo)致電容損壞，并結(jié)合AnSin-GI型有源諧波治理系統(tǒng)裝置進