配電臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量綜合治理解決方案
一、項(xiàng)目背景
臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量對(duì)用戶的用電設(shè)備正常運(yùn)行和生產(chǎn)生活有著至關(guān)重要的影響。隨著臺(tái)區(qū)內(nèi)非線性負(fù)載（如變頻器、開(kāi)關(guān)電源等）的增加以及分布式能源的接入，臺(tái)區(qū)面臨著供電電壓過(guò)高或過(guò)低、三相電壓及電流不平衡、功率因數(shù)低下、電流諧波含量大等電能質(zhì)量問(wèn)題，需要采用有效的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器進(jìn)行治理。
二、治理目標(biāo)
1. 改善臺(tái)區(qū)的電壓質(zhì)量，使電壓穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)，減少電壓波動(dòng)、暫升和暫降等現(xiàn)象。
2. 解決三相電壓及電流不平衡問(wèn)題，降低三相不平衡度。
3. 提高功率因數(shù)，減少無(wú)功電流，降低能耗。
4. 治理電流諧波，降低諧波含量，減少諧波對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的影響。
三、選擇BS-UPQC 作為電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的原因
1. 功能全面
BS-UPQC 統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器能夠同時(shí)解決電力系統(tǒng)中電壓和電流側(cè)的電能質(zhì)量問(wèn)題。它可以對(duì)電壓波動(dòng)、諧波、無(wú)功、三相不平衡等問(wèn)題進(jìn)行綜合補(bǔ)償和治理。
2. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償
BS-UPQC 基于先進(jìn)的控制算法和電力電子技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和控制。它可以快速響應(yīng)電網(wǎng)電壓和電流的變化，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償措施，確保電能質(zhì)量的穩(wěn)定。
3. 適用多種工況
適用于多種環(huán)境工況，能夠滿足臺(tái)區(qū)不同負(fù)載和用電情況的需求。同時(shí)，支持“四遙” 功能（通信、遙控、遙測(cè)、遙調(diào)），便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。
四、BS-UPQC 工作原理
1. 電壓型BS-UPQC（BS-UPQC - S）
連接在電網(wǎng)與負(fù)載之間的串聯(lián)環(huán)節(jié)，通過(guò)內(nèi)置的電壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)供給到負(fù)載的端口電壓，包括對(duì)每一相電壓的幅值、頻率以及波形質(zhì)量（如是否存在諧波、時(shí)變等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
將監(jiān)測(cè)到的電壓信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和其他控制單元進(jìn)行快速分析，計(jì)算出電壓偏差（包括幅值偏差、相位偏差以及諧波成分）。
根據(jù)計(jì)算出的電壓偏差，計(jì)算出必要的補(bǔ)償電壓，該補(bǔ)償電壓應(yīng)具有與實(shí)際電壓偏差相反的特性，即能抵消實(shí)際電壓中的異常成分。
將補(bǔ)償電壓指令轉(zhuǎn)化為功率變換器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，決定串聯(lián)BS-UPQC 內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)器件 IGBT 的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻，從而合成出具有所需幅度、頻率和相位的補(bǔ)償電壓波形。
將并聯(lián)BS-UPQC 提供的直流側(cè)能量轉(zhuǎn)換為交流電，并按照控制信號(hào)生成的補(bǔ)償電壓波形，注入到電網(wǎng)與負(fù)載之間的串聯(lián)電路中，使實(shí)際電網(wǎng)電壓與BS-UPQC 注入的補(bǔ)償電壓相疊加，使得負(fù)載端口處的總電壓接近或等于理想的正弦電壓，從而實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償。
2. 電流型BS-UPQC（BS-UPQC - M）
連接在電網(wǎng)與負(fù)載之間的并聯(lián)環(huán)節(jié)，通過(guò)內(nèi)置的電流傳感器和霍爾傳感器等采樣單元持續(xù)對(duì)流過(guò)負(fù)載的各相電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些傳感器采樣到的信號(hào)反映了負(fù)載電流的實(shí)際狀況，包括基波分量、諧波分量等信息。
將監(jiān)測(cè)到的電流信號(hào)送入控制系統(tǒng)中進(jìn)行快速分析，通常采用快速傅里葉變換等算法進(jìn)行分析，將時(shí)域的電流信號(hào)分解成頻域的多個(gè)分量，計(jì)算出各次諧波電流的幅值、頻率及相位。
根據(jù)諧波分析的結(jié)果，計(jì)算出與實(shí)際諧波電流幅值相等、相位相反的補(bǔ)償電流指令，這些指令將生成與實(shí)際諧波電流完全抵消的電流波形，從而消除諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響。
將補(bǔ)償電流指令轉(zhuǎn)化為功率變換器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，決定并聯(lián)BS-UPQC 內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)器件 IGBT 的開(kāi)度和關(guān)斷時(shí)刻，從而合成出具有所需幅值、頻.將合成出的補(bǔ)償電流波形注入到電網(wǎng)與負(fù)載之間的并聯(lián)電路中，使實(shí)際負(fù)載電流與并聯(lián)BS-UPQC 注入的補(bǔ)償電流在電網(wǎng)側(cè)相互作用，由于二者諧波成分大小相等、方向相反，所以它們會(huì)在電網(wǎng)側(cè)相互抵消，使得流入電網(wǎng)的電流僅包含基波分量，有效濾除了諧波電流。同時(shí)，通過(guò)對(duì)無(wú)功電流的監(jiān)測(cè)分析與計(jì)算，輸出補(bǔ)償電流到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償功能。
五、BS-UPQC 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
1. 技術(shù)特點(diǎn)
支持電壓調(diào)節(jié)功能：電壓調(diào)節(jié)能力為±20% ，其他調(diào)節(jié)范圍可定制。
支持三相不平衡治理：對(duì)于三相電壓不平衡，當(dāng)電網(wǎng)序電壓不平衡度≤15% 時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓不平衡度≤2%；對(duì)于三相電流不平衡，≤30%@In（模塊額定電流）。
支持無(wú)功補(bǔ)償功能：補(bǔ)償容量≤30%@Sn（系統(tǒng)容量），功率因數(shù)保持在 0.95 以上，補(bǔ)償精度＜1%@Sn（系統(tǒng)容量）。
支持諧波治理功能：可對(duì)3、5、7、9、11、13 次諧波進(jìn)行治理，補(bǔ)償容量≤30%@In。
含有多個(gè)保護(hù)功能：電網(wǎng)過(guò)壓、電網(wǎng)欠壓、電壓缺相、瞬時(shí)過(guò)流、延時(shí)過(guò)流、母線過(guò)壓、母線欠壓、設(shè)備過(guò)熱、風(fēng)機(jī)故障、電源故障、限流保護(hù)、頻率保護(hù)、熔絲故障等。
支持遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：支持“四遙” 功能，可通過(guò) 4G/WIR/ 以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，通訊協(xié)議可采用 MODBUS TCP/MODBUS RTU 或其他定制協(xié)議，通訊接口為 Ethernet/RS458。
2. 優(yōu)勢(shì)
功能強(qiáng)大：綜合解決多種電能質(zhì)量問(wèn)題，無(wú)需采用多種單一功能的設(shè)備進(jìn)行組合，降低了設(shè)備復(fù)雜性和成本。
性價(jià)比高：相比其他電能質(zhì)量治理方案，BS-UPQC 在性能和價(jià)格上具有優(yōu)勢(shì)，能夠在保證電能質(zhì)量的前提下，降低治理成本。
響應(yīng)迅速：響應(yīng)時(shí)間≤20ms，能夠快速對(duì)電網(wǎng)變化做出反應(yīng)，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償措施，確保電能質(zhì)量穩(wěn)定。
安裝方便：采用整柜安裝方式，安裝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，減少了安裝時(shí)間和工作量。
六、BS-UPQC 設(shè)備選型
1. 根據(jù)臺(tái)區(qū)的額定容量、電壓等級(jí)、需要治理的電能質(zhì)量問(wèn)題的嚴(yán)重程度等因素進(jìn)行設(shè)備選型。
2. 常見(jiàn)的型號(hào)有BS-UPQC/50 - 50 - 0.4 - Z、BS-UPQC/100 - 100 - 0.4 - Z、BS-UPQC/200 - 200 - 0.4 - Z 等，其額定容量分別為 50kVA、100kVA、200kVA。
七、實(shí)施計(jì)劃
1. 安裝準(zhǔn)備階段
對(duì)臺(tái)區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘查，了解電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載分布、電能質(zhì)量現(xiàn)狀等情況，確定BS-UPQC 設(shè)備的最佳安裝位置。
根據(jù)所選設(shè)備型號(hào)，準(zhǔn)備好相應(yīng)的安裝工具和材料，如電纜、橋架、接線端子等。
制定詳細(xì)的安裝時(shí)間表，與臺(tái)區(qū)相關(guān)部門協(xié)調(diào)好停電時(shí)間，盡量減少對(duì)用戶用電的影響。
2. 設(shè)備安裝階段
按照設(shè)備安裝說(shuō)明書(shū)的要求，進(jìn)行BS-UPQC 設(shè)備的安裝。在安裝過(guò)程中，嚴(yán)格遵守電氣安裝規(guī)范，確保接線正確、牢固，接地良好。
安裝完成后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行初步的調(diào)試，檢查設(shè)備是否能夠正常啟動(dòng)，各項(xiàng)參數(shù)是否設(shè)置正確。
3. 調(diào)試與驗(yàn)收階段
對(duì)安裝好的BS-UPQC 設(shè)備進(jìn)行全面的調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中，監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓、電流、功率因數(shù)、諧波含量等參數(shù)的變化情況，確保電能質(zhì)量得到改善。
根據(jù)調(diào)試結(jié)果，對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，確保設(shè)備達(dá)到最佳運(yùn)行效果。
邀請(qǐng)相關(guān)部門和專業(yè)的電氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收內(nèi)容包括設(shè)備的安裝質(zhì)量、運(yùn)行效果、安全性能等方面。只有驗(yàn)收合格后，設(shè)備才能正式投入使用。
八、維護(hù)與管理
1. 日常維護(hù)
安排專業(yè)的電氣維護(hù)人員定期對(duì)BS-UPQC 設(shè)備進(jìn)行巡檢。巡檢內(nèi)容包括設(shè)備的外觀檢查、接線端子檢查、運(yùn)行參數(shù)檢查等。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。
定期清理設(shè)備表面的灰塵和雜物，保持設(shè)備的清潔，確保設(shè)備散熱良好。
2. 故障處理
建立設(shè)備故障應(yīng)急處理機(jī)制。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，維護(hù)人員應(yīng)立即趕到現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)故障進(jìn)行診斷和處理。如無(wú)法當(dāng)場(chǎng)解決故障，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持人員，共同解決問(wèn)題。
對(duì)設(shè)備發(fā)生的每一次故障都要進(jìn)行詳細(xì)的記錄，包括故障發(fā)生的時(shí)間、癥狀、處理過(guò)程和結(jié)果等。通過(guò)對(duì)故障記錄的分析，總結(jié)故障發(fā)生的規(guī)律和原因，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，降低設(shè)備的故障率。
3. 技術(shù)培訓(xùn)
為臺(tái)區(qū)的電氣維護(hù)人員提供關(guān)于BS-UPQC 設(shè)備的技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容包括設(shè)備的工作原理、操作方法、維護(hù)要點(diǎn)等方面。通過(guò)培訓(xùn)，提高維護(hù)人員的技術(shù)水平和維護(hù)能力，確保設(shè)備能夠得到有效的維護(hù)和管理。
九、預(yù)期效果
1. 改善臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量，電壓波動(dòng)、暫升和暫降等現(xiàn)象得到明顯改善，電壓穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。
2. 三相電壓及電流不平衡度降低，達(dá)到治理目標(biāo)要求。
3. 功率因數(shù)提高，無(wú)功電流減少，能耗降低。
4. 諧波含量降低，對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的影響減小。
十、注意事項(xiàng)
1. 在設(shè)備安裝和調(diào)試過(guò)程中，必須由專業(yè)的電氣工程師或技術(shù)人員進(jìn)行操作，確保操作過(guò)程安全、規(guī)范。
2. 設(shè)備安裝完成后，要確保設(shè)備接地良好，避免發(fā)生觸電事故。
3. 定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備存在的問(wèn)題，確保設(shè)備始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。
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