配電臺區(qū)電能質(zhì)量綜合治理解決方案
一、項目背景
臺區(qū)的電能質(zhì)量對用戶的用電設(shè)備正常運行和生產(chǎn)生活有著至關(guān)重要的影響。隨著臺區(qū)內(nèi)非線性負載（如變頻器、開關(guān)電源等）的增加以及分布式能源的接入，臺區(qū)面臨著供電電壓過高或過低、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)量問題，需要采用有效的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器進行治理。
二、治理目標
1. 改善臺區(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、暫升和暫降等現(xiàn)象。
2. 解決三相電壓及電流不平衡問題，降低三相不平衡度。
3. 提高功率因數(shù)，減少無功電流，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)器能夠同時解決電力系統(tǒng)中電壓和電流側(cè)的電能質(zhì)量問題。它可以對電壓波動、諧波、無功、三相不平衡等問題進行綜合補償和治理。
2. 實時監(jiān)測與動態(tài)補償
BS-UPQC 基于先進的控制算法和電力電子技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的狀態(tài)，并根據(jù)實時信息進行動態(tài)補償和控制。它可以快速響應(yīng)電網(wǎng)電壓和電流的變化，及時調(diào)整補償措施，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，能夠滿足臺區(qū)不同負載和用電情況的需求。同時，支持“四遙” 功能（通信、遙控、遙測、遙調(diào)），便于遠程監(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)與負載之間的串聯(lián)環(huán)節(jié)，通過內(nèi)置的電壓傳感器實時監(jiān)測電網(wǎng)供給到負載的端口電壓，包括對每一相電壓的幅值、頻率以及波形質(zhì)量（如是否存在諧波、時變等）進行監(jiān)測。
將監(jiān)測到的電壓信號輸入到控制系統(tǒng)中，通過數(shù)字信號處理器（DSP）和其他控制單元進行快速分析，計算出電壓偏差（包括幅值偏差、相位偏差以及諧波成分）。
根據(jù)計算出的電壓偏差，計算出必要的補償電壓，該補償電壓應(yīng)具有與實際電壓偏差相反的特性，即能抵消實際電壓中的異常成分。
將補償電壓指令轉(zhuǎn)化為功率變換器的開關(guān)控制信號，決定串聯(lián)BS-UPQC 內(nèi)部功率開關(guān)器件 IGBT 的開通和關(guān)斷時刻，從而合成出具有所需幅度、頻率和相位的補償電壓波形。
將并聯(lián)BS-UPQC 提供的直流側(cè)能量轉(zhuǎn)換為交流電，并按照控制信號生成的補償電壓波形，注入到電網(wǎng)與負載之間的串聯(lián)電路中，使實際電網(wǎng)電壓與BS-UPQC 注入的補償電壓相疊加，使得負載端口處的總電壓接近或等于理想的正弦電壓，從而實現(xiàn)電壓補償。
2. 電流型BS-UPQC（BS-UPQC - M）
連接在電網(wǎng)與負載之間的并聯(lián)環(huán)節(jié)，通過內(nèi)置的電流傳感器和霍爾傳感器等采樣單元持續(xù)對流過負載的各相電流進行監(jiān)測，這些傳感器采樣到的信號反映了負載電流的實際狀況，包括基波分量、諧波分量等信息。
將監(jiān)測到的電流信號送入控制系統(tǒng)中進行快速分析，通常采用快速傅里葉變換等算法進行分析，將時域的電流信號分解成頻域的多個分量，計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，計算出與實際諧波電流幅值相等、相位相反的補償電流指令，這些指令將生成與實際諧波電流完全抵消的電流波形，從而消除諧波電流對電網(wǎng)的影響。
將補償電流指令轉(zhuǎn)化為功率變換器的開關(guān)控制信號，決定并聯(lián)BS-UPQC 內(nèi)部功率開關(guān)器件 IGBT 的開度和關(guān)斷時刻，從而合成出具有所需幅值、頻.將合成出的補償電流波形注入到電網(wǎng)與負載之間的并聯(lián)電路中，使實際負載電流與并聯(lián)BS-UPQC 注入的補償電流在電網(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，通過對無功電流的監(jiān)測分析與計算，輸出補償電流到電網(wǎng)中，實現(xiàn)無功補償功能。
五、BS-UPQC 技術(shù)特點及優(yōu)勢
1. 技術(shù)特點
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：對于三相電壓不平衡，當(dāng)電網(wǎng)序電壓不平衡度≤15% 時，系統(tǒng)輸出電壓不平衡度≤2%；對于三相電流不平衡，≤30%@In（模塊額定電流）。
支持無功補償功能：補償容量≤30%@Sn（系統(tǒng)容量），功率因數(shù)保持在 0.95 以上，補償精度＜1%@Sn（系統(tǒng)容量）。
支持諧波治理功能：可對3、5、7、9、11、13 次諧波進行治理，補償容量≤30%@In。
含有多個保護功能：電網(wǎng)過壓、電網(wǎng)欠壓、電壓缺相、瞬時過流、延時過流、母線過壓、母線欠壓、設(shè)備過熱、風(fēng)機故障、電源故障、限流保護、頻率保護、熔絲故障等。
支持遠程監(jiān)控功能：支持“四遙” 功能，可通過 4G/WIR/ 以太網(wǎng)進行遠程監(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
功能強大：綜合解決多種電能質(zhì)量問題，無需采用多種單一功能的設(shè)備進行組合，降低了設(shè)備復(fù)雜性和成本。
性價比高：相比其他電能質(zhì)量治理方案，BS-UPQC 在性能和價格上具有優(yōu)勢，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)時間≤20ms，能夠快速對電網(wǎng)變化做出反應(yīng)，及時調(diào)整補償措施，確保電能質(zhì)量穩(wěn)定。
安裝方便：采用整柜安裝方式，安裝過程相對簡單，減少了安裝時間和工作量。
六、BS-UPQC 設(shè)備選型
1. 根據(jù)臺區(qū)的額定容量、電壓等級、需要治理的電能質(zhì)量問題的嚴重程度等因素進行設(shè)備選型。
2. 常見的型號有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、實施計劃
1. 安裝準備階段
對臺區(qū)進行詳細的現(xiàn)場勘查，了解電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負載分布、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，準備好相應(yīng)的安裝工具和材料，如電纜、橋架、接線端子等。
制定詳細的安裝時間表，與臺區(qū)相關(guān)部門協(xié)調(diào)好停電時間，盡量減少對用戶用電的影響。
2. 設(shè)備安裝階段
按照設(shè)備安裝說明書的要求，進行BS-UPQC 設(shè)備的安裝。在安裝過程中，嚴格遵守電氣安裝規(guī)范，確保接線正確、牢固，接地良好。
安裝完成后，對設(shè)備進行初步的調(diào)試，檢查設(shè)備是否能夠正常啟動，各項參數(shù)是否設(shè)置正確。
3. 調(diào)試與驗收階段
對安裝好的BS-UPQC 設(shè)備進行全面的調(diào)試。調(diào)試過程中，監(jiān)測電網(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，對設(shè)備的參數(shù)進行進一步的優(yōu)化調(diào)整，確保設(shè)備達到最佳運行效果。
邀請相關(guān)部門和專業(yè)的電氣檢測機構(gòu)對設(shè)備進行驗收。驗收內(nèi)容包括設(shè)備的安裝質(zhì)量、運行效果、安全性能等方面。只有驗收合格后，設(shè)備才能正式投入使用。
八、維護與管理
1. 日常維護
安排專業(yè)的電氣維護人員定期對BS-UPQC 設(shè)備進行巡檢。巡檢內(nèi)容包括設(shè)備的外觀檢查、接線端子檢查、運行參數(shù)檢查等。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常情況，應(yīng)及時進行處理。
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)急處理機制。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，維護人員應(yīng)立即趕到現(xiàn)場，對故障進行診斷和處理。如無法當(dāng)場解決故障，應(yīng)及時聯(lián)系設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持人員，共同解決問題。
對設(shè)備發(fā)生的每一次故障都要進行詳細的記錄，包括故障發(fā)生的時間、癥狀、處理過程和結(jié)果等。通過對故障記錄的分析，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)
為臺區(qū)的電氣維護人員提供關(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、維護要點等方面。通過培訓(xùn)，提高維護人員的技術(shù)水平和維護能力，確保設(shè)備能夠得到有效的維護和管理。
九、預(yù)期效果
1. 改善臺區(qū)的電能質(zhì)量，電壓波動、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，達到治理目標要求。
3. 功率因數(shù)提高，無功電流減少，能耗降低。
4. 諧波含量降低，對電網(wǎng)和用電設(shè)備的影響減小。
十、注意事項
1. 在設(shè)備安裝和調(diào)試過程中，必須由專業(yè)的電氣工程師或技術(shù)人員進行操作，確保操作過程安全、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. 定期對設(shè)備進行維護和檢查，及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備存在的問題，確保設(shè)備始終處于良好的運行狀態(tài)。
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