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电能质量产品及解决方案

产品篇

电能质量产品及解决方案为不同供电场合、工业生产环境优化电能质量及智慧管理电能,提高电力能源的使用效率。

应用全控型技术,将用户系统改善至THDi5%及PF0.99水平,达到完美和高效的电能质量系统。

从执行国家能源战略,提高轨道交通本身的经济效益,以及提高城市交通可持续发展能力等方面综合考虑,对轨道交通负荷特性及功率因数,谐波等主要电能质量参数进行分析,并提出治理方案
  • 不治理低电压问题将难于喝上上等龙井茶?LVR之西湖龙坞搪瓷公变台区项目分享

         杭州自古以来就是名茶产区,其地形和气候都非常适合茶叶的生长。好山好水才能种出好茶,杭州茶具有类型多样、品质优良的特点。龙井茶更是杭州茶文化的代表作之一。    

        从唐至清的1200年间,涉及龙井茶的茶书就有120余种,如白居易、苏东坡、陆游、吴昌硕等文化人无不尽情泼墨,挥洒茶意,使龙井茶的文化底蕴也越发醇香弥久。民国后,西湖龙井茶逐渐成为中国名茶之首。下面让我们欣赏下古代茶田作业美图。     

         茶叶采集回来之后,要涉及长期保存,供后期交易和自家泡制。这就要提到一项技术——炒茶,通过烘炒去掉茶叶的水分而得以长期保存。      古代的时候,炒茶工具就只有一口锅,用柴烧火来炒。这就很难控制火的大小,容易由于火过大而把茶炒坏了,效率也不高。    

       但电的发明和现代用电设备的出现,炒茶技术也发生了革命性变化,现代智能化炒茶设备得以诞生。      

     现代智能化炒茶设备是通过电加热,可以实现实时控制温度,从而炒出更加浓酽的好茶叶。                          

       现代炒茶机图1

                             现代炒茶流水作业图2    

      然而现代炒茶设备是单相用电设备。每到茶叶收获季节,茶农制作茶叶时,每家每户大批量使用大功率的炒茶机,且由于炒茶机均为单相负荷,负荷在电网三相分布不均和使用具有时段性,导致季节性的三相电流不平衡和低电压现象。

    三相电流不平衡的危害主要有:     

         导致额外的线损和变压器损耗;降低变压器和线路的运行效率;造成的故障与事故,降低乐配电系统的安全可靠性;降低配电变压器、继电保护装置和电力设备的使用寿命。

    低电压问题主要危害有:    

         烧毁电动机;灯发暗,缩短灯的寿命;增大线损;降低用电设备的稳定性;热功率设备出力降低。      除了以上危害三相不平衡和电压偏低还会影响炒茶机的电机效率和发热功率使得温度得不到有效控制,直接影响茶叶的质量。这对茶农来说是最难以承受之重。                              

      烧坏的电动机

                                     

    发暗的灯泡

      

                                                烧坏的茶叶

    西湖龙坞搪瓷公变台区项目分享

           针对茶叶丰收季节引起的周期性电网三相不平衡和低电压问题。西湖供电局采用我司SPC三相不平衡矫正器治理三相不平衡+补偿无功,LVR动态电压调节器治理末端低电压,在西湖龙坞搪瓷公变台区实施综合治理。

    1、方案配置:

          根据对现场龙坞配变进行现场勘查,现场变压器的容量为400KVA,因茶农家庭制茶需要,每户家庭都配备了3台功率约为7KW的单相炒茶机,现场三相电流不平衡比较严重,建议配置200kvar的SPC,治理三相不平衡的同时可补偿无功。

          另外,存在20多户人家用电电压偏低,按照每户人家最大使用功率,即三台炒茶机同时启用,最大功率接近21KW,因此建议是每两户人家使用一台LV-30的单相调压器。

    2、安装现场: 

                                 SPC安装现场

      

                                 LVR安装现场

    3、SPC治理三相不平衡的前后数据对比:

                  治理前负载瞬时电流及功率因数

    SPC开机前变压器0.4KV侧电流分别为A相152.1A、B相73.4A、C相91.8A,三相电流不平衡非常严重,三相功率因数均在0.993左右。三相负载不平衡度达到52%。              治理后电网瞬时电流及功率因数 

        SPC开机后变压器0.4KV侧电流分别为A相128.1A、B相128.1A、C相128.3A,三相电流达到完全平衡状态,三相功率因数均提高到0.997左右。三相负载不平衡度不到0.01%。

          通过现场系统电流信息的比较分析,可以看出盛弘SPC的应用,对于西湖龙坞搪瓷公变台区的三相负载不平衡所造成的对配电系统以及变压器的不利影响,起到了显著的正面治理效果,可以有效完成现场变压器的三相电流不平衡治理工作,对于负载情况的变化可以做到实时响应,快速反馈。有效改善了西湖龙坞搪瓷公变变压器的运行状况,为该线路用户提供一个良好的用电环境。

    4、单相30KVA的LVR的运行数据分析:

                            LVR治理前瞬时电压

     

          在LVR开机前末端用户的用电电压在194V左右,炒茶机无法满载开启。

                              LVR治理后瞬时电压

          在LVR开机后末端用户的用电电压在229V左右,完美解决末端用户低电压的问题。

         通过现场系统电压信息的比较分析,可以看出LVR的应用,对于西湖龙坞搪瓷公变台区末端用户低电压所造成的对炒茶机设备启动的不利影响,起到了显著的正面治理效果,可以有效解决末端用户低电压的治理工作,对于负载情况的变化可以做到实时响应,快速反馈,为该线路用户提供一个良好的用电环境。

          通过以上案例分析,SPC和LVR的殴辱使用有效的改善了电网三相不平衡和低电压问题,提高了居民的用电环境,更为炒到一批好的”龙井茶“。

           其实不止是茶叶收获旺季的炒茶机的使用会引起农网三相不平衡和低电压问题。春灌秋收务农电力设备的使用、寒暑假人口迁移等等大量电力设备集中使用现象都会引起农网的三相不平衡和低电压问题。

          盛弘针对这一现象推出了SPC三相不平衡矫正设备和LVR智能调压器可有效治理农网三相不平衡和低电压问题。

  • 电能质量行业中常用到的电力电子器件—1

    主动式电能质量治理设备主要包括软件编程和电力电子器件的运用。软件编程实现的功能是检测分析电网波形情况和控制电力电子器件的动作 ,电力电子器件是软件控制的平台,可以说要是没有电力电子器件的应用就没有对电能质量改善技术的现代化。

    从市场应用需求来讲,电力市场的发展和壮大,使电能质量改善装置得以产生,如静止无功发生器(SVG)、有源滤波器(APF)、实时动态电压调节器(AVC)、不间断电源(UPS)等。那么为什么电力电子器件在电能质量治理中得以运用呢?如果有兴趣对电力电子器件进行了解,请往下看及参阅接下来推出介绍电力电子技术的几篇文章。


    1、什么是电力电子器件?

    根据定义:电力电子器件(power electronic device)是直接用在处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。

    (备注:电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路。)


    2、电力电子器件的一般特征

    处理电功率的能力大;工作在开关状态;需要信息电子电路驱动和控制;产生热量大。


    3、电力电子器件的功率损耗

    电力电子器件的损耗分为:通态损耗、断态损耗、开关损耗(开通损耗、关断损耗)。

    通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。当器件的开关频率较高时,开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。


    4、电力电子器件分类

    1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度,分为以下三类:


    2)按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类:
     

     

    3)按照驱动信号的性质分类,有如下两类:

    (1)电流驱动型 

    通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制;

    SCR、GTO及GTR属电流驱动型器件。

    (2)电压驱动型

        仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制;

        功率MOSFET、IGBT及PIC为电压驱动型器件。

    4)按照驱动信号的波形分类,有如下两类:

    (1)脉冲触发型

    通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。

    (2)电平控制型 

    必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。

    (备注:电平是电压平台——电压的高低状态,习惯常用“1”和“0”表示高电平和低电。电平的高低也是相对的,1V相对于2V是低电平,相对于0.5V是高电平。且电平控制方式发出的控制信号是一个连续的电平信号(如“1”)直到改变控制要求(电平信号变为“0”);

     脉冲指的是电平状态突变,既可以是突然升高(脉冲的上升沿),也可以是突然降低(脉冲的下降沿).一般脉冲在电平突变后,又会在很短的时间内恢复原来的电平状态。且脉冲控制方式是控制信号不是一个连续的电平信号,而只是一个脉冲信号,如按一下启动按钮,手一松,按钮就弹起来了。)

    备注:电能质量治理设备根据自身实现的功能和造价成本的需求采用不同特性的电力电子器件作为自身的结体。如静止无功补偿发生器(SVG),需要通过大电流、通断可迅速控制,所以大部分厂商采用IGBT作为控制器件。

        如果想深入了解电力电子器件,推荐查阅王兆安老师和黄俊老师编写的《电力电子技术》 机械工业出版社。

  • 为什么不同国家采用不同电压等级?产品工程师应该知道的那些知识

          经常出国的小伙伴,可能纳闷为什么部分国家跟中国一样采用220V的民用电,却又有部分国家例如美国采用110V的民用电?这究竟是为什么呢?如有兴趣了解,请往下阅读,这里将告诉您真相》》》

          首先来个温馨提醒》》》

          早些年出过国的伙伴有遇到过如下图这种情况吗?由于携带的用电设备输入电压范围跟旅行当地国不同而不能正常使用。现今依然不少用电设备不能满足全球用电电压范围,下面给大家整理出世界主要国家的民用电电压等级,请了解》》》

          根据官方不完全统计。使用110~130V电压等级的国家和地区有美国、加拿大、巴拿马、古巴、黎巴嫩、墨西哥等国和中国台湾等三十多个国家和地区。    使用220V~230V的有英国、德国、法国、中国、新加坡、香港(200V)、意大利、西班牙、希腊、奥地利、荷兰、菲律、泰国、挪威、新加坡、印度、纽西兰、澳洲等120个国家和地区。那么这些国家和地区的电压等级为什么不一样呢?这还得从两位世纪伟人爱迪生和特斯拉说起》》》

        

         在电力使用的早期历史中,爱迪生的通用电力公司首先在美国使用110V电压为客户供给直流电。


          为啥选110V呢?  

          因为电压越高,发电机的绝缘材料就要求越高,降低电压就能降低绝缘,使得发电机制造的更加紧凑,所以选择了100V左右。而定110V这个数,一方面有人认为可能是因为爱迪生老先生凭经验拍出一个安全些的人体电压,而且他制作的碳丝白炽灯,在110V电压下运行良好,爱迪生认为这是配电中安全经济的电压。高了触电就危险,低了灯泡发亮效果不好。    另一方面可能是为了计算方便,100多年前没有计算机,计算变压器的端口电压有如下公式:                   

              E=4.44fNΦm   

          其中E:感应电动势,f:频率,N:线圈匝数,Φm:单匝线圈的最大磁通量(m是max的意思)。取E=110V、220V这样的电压等级,把4.44除到等式左边来,fNΦm就基本可以等于一个整数。这样大大方便了参数的计算,也就方便了设备的制造。 

          而后几年,特斯拉发明了3相的240V交流电,但出于安全考虑他也把电压降低到了110V,并最终在西屋电气公司的资助下,他的交流电体系成为了美国的供电标准。因为美国采用的是英制单位(12进制),为计算方便,标准确定为110V/60Hz的规格。

          接下来故事主角从美国转移到了欧洲》》》    

          商用交流电大获成功之后,欧洲迅速引进了交流发电、馈电技术。欧洲除英国外均使用公制单位(10进制),为计算方便将频率改为了50Hz。后因110V电压较低,同功率下,比220V时电流大,用铜多,电网传输损耗较大,所以当时处于欧洲垄断地位的德国AEG公司主导将电压规格改为了220V。此电压规格由110V倍压而来,技术改造相对最简单,于是在欧洲国家就形成了220V/50Hz的交流电网标准。因为二战后欧洲还没有太多的电力设施和用电设备,所以这次改变成本并不是很大。

          后来,美国也考虑改用220V来提供市电,但是随着家庭中适配110V电压的家用电器增多,已经错过了最佳时机。如果强行更改电压规格,不仅会淘汰大量现役电器和设备造成太大浪费,相信也会搞的民怨载道。最后妥协的方案是:220V电力进入家庭后再分为110V来给大部分电器供电,像电炉、电烘干机等大功率电器则用220V。

           那么中国的选择呢?》》》   

           由于中国历史原因,电力出现在中国的半殖民时期,最早的交流电网并没有统一的标准,只是局部的小型电网,设备由各发达工业国提供,规格自然五花八门。1949年以后,中国的工业化全面转向苏联模式,电网建设也遵照苏联标准,而苏联采用的也是欧洲标准,于是220V/50Hz最终定为中国的电网标准。    其中,由于历史遗留问题,建国后东北地区及上海市的部分原租界地区,用的仍是110V电压标准,直到上世纪60年代后期,才统一使用220V电压。

          奇葩的日本》》》   

          电压采用100V。日本经济产业省资源能源厅的说法是“一旦触电时,低电压对人体的冲击小,为防止事故的发生和重视安全性采用100V”。业界人士的说法“在统一电压的大正时代,市面上普及的灯泡都是100V”。虽然想和美国当时的电压110V相符,但“如果采用110V的话,灯泡的寿命会变短,所以下调到100V。到这里,不得不说真会想。

          另类比较:110V和220V到底哪个安全?   

          引起触电死亡的确实是电流而不是电压。根据欧姆定律I=U/R,人在碰触110V和220V时电阻基本是不变的,于是电压越高当然通过人体的电流就越大,所以还是低压更安全。

          人体的安全电压是36V,也有24V这一档,是根据不同的环境定的,干燥环境安全电压就可以高一些。

         110V和220V哪个更加经济?  

        1、输送同样的功率,220V比110V损耗少;

        2、电压提高一倍,可以节省导线截面积一半的输电线;
        3、考虑实际线路干扰和损耗,高电压传输的距离更远;

        4、220V的市电是50Hz,与110V频率60Hz相比较,电动机功率体积比更小,能节约很多制造电机的材料。


         电压等级不同增加国际化产品研发投入》》》   

         从经济角度考虑,世界各地采用不同电压等级,也增加工业产品的研发、生产投入如北美的民用电压等级是110V,工业用电的三相电是480V,而国内的三相电是380V。工业品的电压输入范围一般不会有那么大的跨度,这么一来,在研发、生产产品的过程中,要重新设置元器件参数(耐压等级等等)、环境测试等等。这样在针对同一款功能的产品,在针对不同运用电压等级的国家市场的研发、生产投入大大增加。


    如果不是有实力、有信心去打开国外市场的公司,很多厂家都不愿意花那么大的精力去研发符合国外标准的产品。

        整篇长篇大论下来,估计大家都知道世界主要地区的民用电压等级为什么不一样啦。希望大家有所收获,谢谢阅读!          (本文部分内容,部分来自网络内容,部分内容个人观点。)

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深圳市盛弘电气股份有限公司

盛弘电气电力电子技术的优势是模块化大功率电源产品技术,电能质量及可再生能源的各种产品均以此为平台技术,将模块化技术的效能发挥到极致。盛弘电气拥有 18项专利技术,其中9项发明专利、8项实用新型专利、1项外观设计专利。公司已经通过软件产品认证、中国电科院、信息产业部、中国质量认证中心、鉴衡、 IEEE国际电工委员会、ETL、TUV、CE、SAA等多种国内及国际认证。
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