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1、有源滤波器治理谐波案例介绍刘 昀,医院配电系统谐波治理（篇）,产品介绍 医院配电系统谐波特点 某某医学院附属医院谐波治理方案选择 有源滤波器技术特点(优势) 有源滤波器安装和调试 谐波治理效果评估 结论,内容概要,企业使命体现,医院配电系统谐波治理的重要性,医院配电系统，主要负载为电子医疗精密设备、照明及变频通风设备、计算机及UPS等。其中大部分为非线性负载，低压配电网上谐波严重。针对以上情况，治理谐波的目的，首先是确保患者及医护人员的安全，即通过有针对性的谐波污染治理，减少甚至消除其对配电系统的不良影响，保证变压器、电缆、医疗设备的正常运行；其次体现直接经济效益，即保障低压电容补偿系统的正常
2、运行，发挥其应有的作用，降低低压配电系统中谐波总体含量的水平，提高功率因数，减少无功损耗，延长设备使用寿命。以往，设计院在医院配电系统设计阶段，对谐波治理的“量”这一要素的认识上是模糊，因为谐波的产生和多个谐波源的叠加都不是稳定的。所以往往都是在医院投入运营后，用户发现电源质量问题才想到解决谐波、改善电源质量。作为谐波治理专业公司，有长久的谐波测量和治理经验。我们治理谐波的目标是：满足或超过国家现行标准。,1. 医院配电系统谐波特点,通风设备：为了节约能源，大部分医院采用变频风机及空调。变频器是非常典型的谐波源，其谐波电流总畸变率达33%以上，会产生大量的5、7、11、13等（6n1）次谐波；
3、 照明设备：由于医院内部使用大量的节能荧光灯具，因此会产生大量的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的三次谐波电流； 电子医疗精密设备：大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9等（2n1）次谐波； 计算机及UPS电源：目前医院均为计算机网络管理，计算机的数量很多，此外服务器等数据存储系统必须配有UPS等备用电源。个人电脑的开关电源及UPS均为谐波源，会产生大量的3、5、7、9等（2n1）次谐波。,1.1 谐波源负载分类,1. 医院配电系统谐波特点,1.2 负载谐波电流经验数值,谐波电流,谐波电压,PC,电脑,诊
4、断设备,监视设备,显示屏,电子设备,阻抗,谐波的危害,谐波电流过大,谐波源,线路过载、跳闸,功率因数过低,电源供电能力降低,供电部门罚款,1. 医院配电系统谐波特点,1.3 谐波电流传输方向,1. 医院配电系统谐波特点,谐波电流的危害:引起电流失真产生谐波磁场，干扰数据通訊，引起电脑网络管理系统异常或死机。引起电子医疗设备过热影响精密医疗设备的使用性能和精度,谐波电压的危害:引起供电电压失真影响配电系统中继电保护设备的正常工作，引起异常断电或故障扩大。缩短电子设备使用寿命影响精密医疗设备的使用性能和精度,1.4 谐波电流/电压的直接危害,谐波使配电系统功率因数过低难以提升电能利用率低- 谐波存
5、在时，系统有效功率因数变为：PF=COS/(1+THDI2)1/2，从公式中可以看出：即使在负载功率因数为0.95的情况下，如果存在谐波，有效的功率因数就会降低。假设谐波电流总畸变率为：THDI=40%，有效功率因数就变为：PF=0.95/(1+0.42)1/2=0.882- 电能源的利用率为： 0.8820.95 = 92.84%- 谐波引起的直接电能浪费为1-92.84%=7.16%增加供配电系统传输能耗 引起电气设备震动 引起电缆、电机等用电设备附加发热,1. 医院配电系统谐波特点,1.5 谐波对能耗的影响,有源滤波器能帮助我们实现,有源滤波器,项目名称,2. 某某医学院附属医院案例项目
6、简介,某某医学院附属医院有源滤波装置,单位名称,某某医学院第一附属医院,承建单位,某某公司,设备名称,有源滤波器,2.1 项目说明,2. 某某医学院附属医院案例项目简介,（1）本院变电所（低压系统）包括：- 能源中心变电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线）- 门诊医技变配电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线）- 病房手术楼变配电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线）- 病房急诊楼变配电所（双回路四台变压器供电各分、段低压母线）（2）谐波治理形式：考虑到各种谐波源负载比较分散，必须在低压母线上进行集中治理谐波（3）有源滤波器容量选择：根据估算，低压系统共配置有源滤波器如下：- 门
7、诊医技变配电所、段低压母线各配备一台150A的有源滤波器- 病房手术楼变配电所、段低压母线各配备一台150A的有源滤波器- 病房急诊楼变配电所、段低压母线各配备一台120A的有源滤波器,2.2 项目概况,2. 某某医学院附属医院案例项目简介,2.3 系统单线图,2. 某某医学院附属医院案例项目简介,有源滤波器,2.4 完工图片资料,3. 谐波治理方案选择,谐波电流频谱范围宽(349次)，不适宜进行固定频次滤波； 谐波电流畸变率很高，设备的自然功率因数也很高； 医院内电子设备、医技设备很多，这些设备对谐波很敏感； 医院系统白昼工作负荷相差很大，白昼间谐波电流和电压畸变变化很大，不适宜进行固定容量
8、滤波。,3.1. 医院配电系统谐波源负载特点,3.2.1 有源滤波和无源滤波工作原理和组成部件比较,LC无源滤波器,传统的L-C谐振技术：采用电容和电抗组成某次谐波低通回路，减弱谐波电流对其他设备的危害。,现代的数字信号采集、处理技术和先进的IGBT 转换技术：主动注入反相谐波电流。,有源滤波器,3.2. 无源滤波与有源滤波技术比较,3. 谐波治理方案选择,3.2.2 有源滤波和无源滤波滤波范围比较,LC无源滤波器,每一次谐波成分需要一个滤波回路，滤除次数非常有限。,单机可滤除2-51次全频谱谐波电流,有源滤波器,3. 谐波治理方案选择,电容器的运行电流增大 温升增高、压力增大 与系统产生并联
9、谐振 与系统产生串联谐振 易于放大系统谐波含量，扩大谐波危害,无谐振隐患,3.2.3 有源滤波和无源滤波谐振隐患比较,LC无源滤波器,有源滤波器,3. 谐波治理方案选择,可发生过载损坏,系统谐波电流超过RESINE容量后，滤波器保持满负荷输出，但不会发生过载损坏。,3. 谐波治理方案选择,3.2.4 有源滤波和无源滤波过载能力比较,LC无源滤波器,有源滤波器,有较大级差；响应速度慢，如采用晶闸管，投切速度最小仅达到40毫秒。,无负载变化级差；快速跟随变化,响应时间最小可达1毫秒。,3. 谐波治理方案选择,3.2.5 有源滤波和无源滤波动态响应速度比较,LC无源滤波器,有源滤波器,系统简单、稳定
10、、负载变化不大的谐波源负载,系统复杂、负载变化频繁、负载种类多样化的谐波源负载系统,3. 谐波治理方案选择,3.2.6 有源滤波和无源滤波适应性比较,LC无源滤波器,有源滤波器,基本原理：从补偿对象中检测出谐波电流的频谱和幅值，由补偿装置产生一个与该谐波电流等幅、反相的补偿电流， 以抵消原系统中谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其核心部分是谐波电流发生器与数字控制系统，其工作靠数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(IGBT)来完成。,Ih,IS,3. 谐波治理方案选择,3.3 有源滤波器工作原理（之一）,第一步：测量谐波源侧谐波电流,Ih waveform,Ih,I
11、S,3. 谐波治理方案选择,3.3 有源滤波器工作原理（之二）,第二步：向电网注入反相等幅谐波电流,Ie waveform,Ie,Ih,IS,3. 谐波治理方案选择,3.3 有源滤波器工作原理（之三）,第三步：谐波电流被抵消，电源只提供基波电流,Is waveform,Ie,中国技术中心内部划分为技术策划中心、产品培训中心、功能演示中心、售后服务中心等区域某某公司中国总代,4. 有源滤波器技术特点,4.1 有源滤波器介绍,动态响应速度(全响应时间)； 直接影响滤波效果滤波频谱宽度(全滤波次数)： 滤波能力电流波形控制信号的采集： 滤波精度,4. 有源滤波器技术特点,4.2 有源滤波器关键技术指
12、标,主动的谐波电流注入方式 滤波频谱宽(可以滤除251谐波)，设置灵活（251次内可以任意设置只滤除某些次数的谐波） 选型简单,调试方便,具有软件设定功能 设备自带保护功能，无过载等隐患 自适应数字控制 响应时间短（1ms） 中性线电流可达相电流的3倍 CT 安装方式可选:SOURCE / LOAD 两种 规格齐全：电压范围覆盖从200V690V 适应三相三线与三相四线两种系统要求,4.3 有源滤波器技术优势,4. 有源滤波器技术特点,专为适应高可靠性，高利用率供电系统要求设计的模块组合式有源滤波装置： 标准模块化结构，灵活的扩容配置（同一柜内，只需增加控制模块和功率模块即可扩展至最大400A
13、；支持多台装置并联运行，且不限于等容量扩容）； 高可靠性：属于第二代全数字有源滤波器，冗余设计，一个模块发生故障，只是容量降低，不会影响其它模块的正常工作； 通讯方便：标配USB与RS232，可选RS485/422串口、工业以太网等多种通讯接口，易于维护； 工作模式：具有全滤波、全无功补偿、滤波+无功补偿等三种工作模式，可通过网络通讯远程设定； 功率因数调节能力：具备容性无功吸收和容性无功补偿两种功能； 业界最高功率密度，标准19寸47U机柜，最佳优化空间布置，占地面积小； 大面积LCD显示屏：便于观察所有的参数及波形。,4.4 有源滤波器 独特优势,4. 有源滤波器技术特点,4.5 模块化滤
14、波器内部装配图,4. 有源滤波器技术特点,4.6 有源滤波器的竞争优势,除具备上述技术特点方面的优势外，还有如下优势 专业优势：世界上最早设计、研发、制造有源滤波器的专业公司之一，并且能提供电能质量全面解决方案；设有专业的谐波治理方案策划技术中心，组建了一支具有专业知识和技能、富有经验的电能测试工程师队伍，购置了多台电能质量测试仪器； 服务优势：技术中心能够提供售前、售中、售后的全天候服务，并在多个地区设立办事机构，能够非常及时提供各项服务； 产品优势:能够给用户最优惠的价格，常用规格备有库存，供货及时； 品牌优势：多年的市场推广达到了40左右的市场占有率，与多个行业或部门联合制定行业规范和行
15、业标准。,4. 有源滤波器技术特点,5. 有源滤波器安装和调试,签订合同时间：2008.11 安装时间：2009.04（某某） 通电初调试时间：2009.09 带负荷调试时间：2009.10.21-10.22 验收通过时间：2009.11.28-11.30（连续工作48小时）,6. 谐波治理效果评估,有源滤波器投运前后 电流、电压、功率对比内容 (以门诊医技变电所低压母线侧为例),（1）电能质量及能效数据前后对比（2）电流波形图片前后对比（3）电流、功率、功率因数测量结果图片前后对比（4）谐波电流畸变率测量结果图片前后对比（5）谐波电压畸变率测量结果图片前后对比（6）谐波电流频谱测量结果图片前
16、后对比,6.1.1 有源滤波器投运前后电能质量对比表,6. 谐波治理效果评估,谐波治理前，THDU 5% 严重超标,负载相同,6.1.2 有源滤波器投运前后能效数据对比表,6. 谐波治理效果评估,提高功率因数能提升变压器带负载能力,降低电流能减少传输线路电能损耗,公用电网谐波电压（相电压）限值,6.1.3 谐波评估标准,谐波电流标准分绝对值比较和畸变率比较，详细计算较复杂（略）,GB/T14549-1993电能质量 公用电网谐波,6. 谐波治理效果评估,0.38,5.0,6. 谐波治理效果评估,6.1.4 谐波治理效能评估：,能效评估：利用滤波器投入前后电源侧电流有效值（含谐波电流）变化率指标衡量节能效果。（在相同负荷条件下对比）投运前电源侧平均电流: Is = 816.5 （A）投运后电源侧平均电流：IL = 741.4 （A）,
