电能检测的常见问题及解决方案

1、电能检测的常见问题及解决方案光伏发电电能质量问题中小型企业LF炉与中频炉双联冶 炼高合金钢工艺电能质量问题孤岛电源的电能质量问题光伏发电电能质量问题传统化石燃料面临枯竭的危机加速，能源短缺和环境污染 直接威胁我国的可持续发展，而太阳能作为最普遍和取之不 尽的可再生资源也成为开发的重点。光伏并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏 发电产生的直流电转换成交流电传输到电网，在光伏并网发 电系统中起着至关重要的作用。随着投入应用的并网逆变器 日益增多，其输出的谐波电流对电网的污染也不容忽视。光伏发电电能质量问题一、组串式光伏逆变器在不同负载率下的谐波电流发生 量对比二、实测13台组串式逆变器总

2、输出端谐波值与理论计 算值的比较光伏发电电能质量问题一、组串式光伏逆变器在不同负载率下的谐波电流发生量对比 我司技术人员于2016年3月16日对某铸造材料公司屋顶光伏 发电项目进行连续测试，其采用的是组串式光伏逆变器，装机容量263kW，选取的测试点为其总输出端。测试时间段为2016/03/16 09:01:11 至 2016/03/16 17:32:09，基本覆盖正常光照日的全部发电时段。光伏发电电能质量问题测试当日光伏逆变器的最大输出有功为161kW，最大负 载率为61%，选取负载率分别为60%、40%、20%和10%时 的谐波电流情况进行对比分析，电流、谐波相关图谱如下。光伏发电电能质量

3、问题电流趋势图光伏发电电能质量问题谐波电流大小趋势图光伏发电电能质量问题光伏发电电能质量问题以此次检测为例，对应图谱和发生量对比表格可以发现， 负载率分别为60%、40%、20% 、 10%时，谐波电流绝对值 差别不大，谐波电流绝对值与负载率没有直接关系。组串式光伏逆变器在特定轻载时，由于输出电流小，谐波 电流的相对值（THDi）会变大，但谐波的总量很小，对于电 网的影响变化不大。光伏发电电能质量问题二、实测13台组串式逆变器总输出端谐波值与理论计算值的比较2016年3月16日实测的组串式逆变器总装机容量260kW，其由13台额定容量为20kW的组串式逆变器并联组成。由于谐波电流 绝对值与负载

4、率没有直接关系，故将13台逆变器满载时的谐波电 流理论计算值与总输出端现场实测值进行比较，以期发现理论计 算值与现场实测值之间的差距。光伏发电电能质量问题谐波次数13台满载逆变器A相谐波电流理论计算值（A）当日实测A相谐波电流值（A）实测值/理论值20.27651.1264.0730.99900.8640.8640.13700.4903.5851.12291.8501.6560.04910.68113.8770.54922.3754.3280.01010.32331.9890.29680.2910.98100.09120.1882.06110.43051.3333.10120.11470.31

5、52.75130.27730.6492.34140.03820.3479.08150.32270.2280.71160.02850.33911.89170.28050.4981.78180.17450.2751.58190.40200.4501.12200.10490.2522.40210.11320.2041.80220.07820.3073.93230.16840.3952.35240.02490.1726.91250.10090.5225.17光伏发电电能质量问题通过对运行现场实测值与13台逆变器满载时的谐波电流理论 计算值进行比较后发现，组串式逆变器在现场实际运行中所产生 的谐波含量超

6、过多个逆变器实验室测试数据的理论计算值。此次 测试的光伏发电装机容量较小，而如果光伏电站装机容量为兆瓦 级，则其发电时产生的谐波含量更大。光伏发电电能质量问题随着光伏产业的快速发展，将来必然会出现多台组串式逆变 器并列运行的案例。从我公司做的实测来看，这种情况下产生 的谐波究竟有多大，还有很大的不确定性。如此类推，一个大 型的地面光伏电站有几十个集中式逆变器并列运行，由此产生 的谐波也不能完全相信理论计算，这个问题还有待于进一步探 索和研究。因此，一个大型的光伏电站究竟会产生多少谐波， 仅靠评估是不够的，应该加强对光伏电站运行中的监测，才能 保证输入电网的电能质量安全可靠。LF炉与中频炉双联冶

7、炼工艺我公司人员在日常电能质量检测的过程中发现中小型 企业普遍采用LF炉与中频炉双联冶炼高合金钢工艺。由于 电弧炉炼钢在技术经济上的优越性，工业生产采用交流电 弧炉已日益增多，单台容量也不断增大，对于供电系统的 干扰也愈加突出。结合我公司大量的检测实例，以下LF炉 与中频炉双联工艺采用的设备以及冶炼过程的情况出发， 在电压、电流等方面对电弧炉在LF炉与中频炉双联工艺与 传统工艺中电能质量方便的表现作理论分析。LF炉与中频炉双联冶炼工艺电弧炉在LF炉与中频炉双联工艺技术特点普通交流电弧炉的冶炼过程大至可分为三个阶段，即 熔化期、氧化期和还原期。冶炼周期约为3h8h，其长短 取决于供电电路参数、电

8、弧炉容量和冶炼工艺要求等；熔 化期约为0.5h2h，在熔化期内负荷为三相不对称的波动 性负荷，电流不稳定，消耗电能大，约占整个冶炼过程电 能消耗的60%70%；在氧化和还原的精炼期内电压波动 显著降低。LF炉与中频炉双联工艺的核心为中频炉代替LF 钢包精炼炉进行熔化期的作业，减少能耗和谐波的产生。LF炉与中频炉双联冶炼工艺电流方面 电压方面 优点总结LF炉与中频炉双联冶炼工艺谐波次数h23457谐波含有率熔化期（活动电弧）7.75.82.54.23.1精炼期（稳定电弧）2.02.1电流方面电弧炉的运行周期包括三个阶段：熔化期、氧化期和还 原期。LF炉与中频炉双联工艺的核心为中频炉代替LF钢包精

9、 炼炉进行熔化期的作业。典型电弧炉谐波电流含有率（%）LF炉与中频炉双联冶炼工艺谐波次数h23457谐波含有率旧工艺7.75.82.54.23.1双联工艺22.1典型电弧炉谐波采用双联工艺后电流含有率（%）对比LF炉与中频炉双联冶炼工艺采用LF炉与中频炉双联冶炼工艺电弧炉谐波次数变化旧工艺2、3、4、5、7次双联工艺3、5、7次采用LF炉与中频炉双联冶炼工艺总谐波次数变化旧工艺2、3、4、5、7等双联工艺3、5、7、6K1次或者3、5、7、12K1（K为正整数）LF炉与中频炉双联冶炼工艺电流方面结论采用LF炉与中频炉双联工艺生产的企业理论相对较大 的谐波电流次数应该为3、5以及6K1次（采用6

10、脉冲中频 炉）或者3、5以及12K1次（采用12脉冲中频炉）。备注：其中K为正整数。LF炉与中频炉双联冶炼工艺2015年我公司对某新型金属材料技术有限公司进行电能 质量检测为例，该公司主要以有色金属合金制造及钢压延加 工生产为主，采用的就是LF炉与中频炉双联工艺，其中中频 炉为6脉动。从A、C相谐波电流频谱可以看出较大的谐波电 流次数为3、5以及6K1次，与我们的理论分析完全吻合。LF炉与中频炉双联冶炼工艺某新型金属材料技术有限公司A、C相谐波电流频谱LF炉与中频炉双联冶炼工艺电压方面电弧炉负荷运行周期示意图LF炉与中频炉双联冶炼工艺电压波动大小与负荷无功功率变动量成正比。电弧炉 的电流控制是

11、通过电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换 和电极的升降来实现的。电弧炉所消耗无功功率大，并且 无功功率变化量也大，在电极短路时功率因素约为0.1 0.2，在额定运行时约为0.70.85。LF炉与中频炉双联工 艺的核心是中频炉代替LF钢包精炼炉进行熔化期的作业， 这样就避开了电弧炉在无功变化量最大的熔化期作业。LF炉与中频炉双联冶炼工艺电压方面结论LF炉与中频炉双联工艺避开了电弧炉在无功变化量最大的熔化期 作业。采用双联工艺后的用户在生产期间无功变化量、电压波动减小，这样用户既节约了配置无功补偿设备的成本又减少了生产期间对供 电系统的冲击。LF炉与中频炉双联冶炼工艺优点总结LF炉与中频炉双联工艺的

12、核心是中频炉代替LF钢包精炼炉进行 熔化期的作业。这种方式避开了电弧炉在负荷最不稳定对电网冲击最 大的熔化期工作，既让中小型用户节约了谐波治理成本，也减少了谐 波带来的能耗增加的成本，同时也减少了中小型用户生产期间对于供 电电网的冲击。孤岛电源的电能质量问题我公司受亚青会、青奥会运行 团队组委会委托，对安徽安新能源 有限公司为第二届亚洲青年运动会 开闭幕式、第二届青奥会开闭幕式 所构建的孤岛型临时柴油发电机组 供电系统的安全可靠性进行了检测 及验收。孤岛电源的电能质量问题简介：按国际惯例，大型运动会开闭幕式采用发电机组作为主供电源。 亚青会供电系统由8台1250kVA静音发电机组分两段并联，针

13、对特级负荷有UPS（250kVA2）在线并联式电源设计组成。临时供电系统 配置的容量10000kVA，向开闭幕式所有演出负荷3420kVA提供电力， 设计冗余为290%。青奥会系统由16台1250kVA静音发电机组分南、北两个独立的发电 群对外供电，针对特级负荷由UPS（250kVA，400kVA）在线并联式电 源设计组成。临时供电系统配置的容量20000kVA，向开闭幕式所有演 出负荷8000kVA提供电力，设计冗余为250%。同时市电作为热备用电 源投入保障运行。孤岛电源的电能质量问题主要检测内容：我公司根据供电系统和大会运行团队的要求，检测内容主要包括柴 油发电机组技术参数及性能要求、柴

14、油发动机技术参数及性能要求、发 电机技术参数及性能要求、控制屏技术参数及性能要求、柴油发电机组 调试记录、配电电缆安装、UPS安装和终端配电柜安装等。孤岛电源的电能质量问题例如机组性能测试报告如下图所示：孤岛电源的电能质量问题负荷侧主要检测内容：灯光青奥会主会场灯光在调试及试运行中，现场实测视在功率在3MVA左右，无功变量不到300kvar，功率因数0.870.88，电压波动不到60V（高压侧），总谐波电流约占总基波电流10%，由此估算低压侧电压畸 变率在2%2.3%（柴油发电机组背景电压畸变率0.98%1.08%），孤 岛柴油发电机系统可以满足灯光负荷的要求。音响音响设备以峰峰功率来衡量输出

15、功率，现场共有24台音响设备，现 场实测低压配电柜仅供4台音响设备，总电流20A左右。音响设备的特征 是3、5、7、9次谐波电流较大，电源侧谐波电压含有率2.27%，符合小 于5%的国标要求。孤岛电源的电能质量问题负荷侧主要检测内容：3. 浑天仪浑天仪中的LED部分灯光负荷在300kW左右，现场实测时（测试地点：在电缆末端，浑天仪配电柜侧）浑天仪处于道具调试状 态，现场仅有180kVA，电流265A左右。稳 态电压降2V左右，暂态电压降达8V，时间长 达2分钟。预估浑天仪最大负荷可达800kVA 上下，预估稳态压降有8V能满足要求。三圈 到五圈的电机经调速变频后，参与工作所产 生的谐波电流对电

16、源侧供电电压影响不大， 谐波电压含有率从1.07%上升至1.15%，无功 功率在电机启动时达138kVar,两分钟后稳定 在28kVar。孤岛电源的电能质量问题负荷侧主要检测内容：4. 望远镜望远镜有22kW和5.5kW电 机各一台，2.2kW电机4台， LED灯光负荷8kW，刹车用电机 65kW，预估望远镜最大负荷不 足100kVA。参照浑天仪的现场测试分析，在电机正常工作无卡 死工况下，能满足望远镜动力负 荷的要求。孤岛电源的电能质量问题检测建议及整改意见：1、开幕式当天，灯光负荷是会场的最大有功负荷，为保证发电机组的 良好稳定工作状态，减小电压波动，缩短暂态过程的时间，在条件允许下，我公司建议逐一启动的原则。2、实测中音响负荷不大，我公司建议制定应急方案以备意外突发音响故障。3、浑天仪中一圈和二圈电动机必须遵守逐一软启动，避免无功过大， 造成短时间内的的电压降落过大。孤岛电源的电能质量问题综上所述，得出以下几点结论：1、孤岛电源能以独立的方式运行为特殊用户单独供电，可避免市电突发状况响应不及时的情况