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高压电能质量治理及实现 目录 电能质量概述电能质量治理装置静止无功发生器SVG应用案例 第2页 2020 3 30 电能质量概述 什么是电能质量 电能质量是指配电系统中交流电能的品质 电压质量电流质量供电质量用电质量合格的三相交流系统电能品质 电压频率波形三相不平衡 理想的电压 电流波形如上图所示 第4页 2020 3 30 电能质量定义 IEEE 电能质量 Powerquality 的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的 IEC 电能质量是指导致用户设备故障或不能正常工作的电压 电流 或频率偏差 第5页 2020 3 30 电能质量标准 目前我国对电能质量已制定的国家标准 GB12325 1990 供电电压允许偏差 GB T14549 1993 公用电网谐波 GB T15543 1995 三相电压允许不平衡度 GB T15945 1995 电力系统频率允许偏差 GB12326 2000 电压允许波动和闪变 GB T18481 2001 电能质量暂时过电压和瞬态过电压 地方法规 福建省电网谐波技术监督实施细则 上海市节能指导书 等 广东 江苏 浙江 上海等遍布全网的电能质量检测系统 第6页 2020 3 30 什么是谐波及谐波源有哪些 谐波定义谐波的定义是对周期性的非正弦电量进行傅立有叶级数分解 除了得到与电网基波相同的分量 还得到一系列大于电网基本频率相同的分量 这部分电量称为谐波 谐波频率与基波的比值 n fn f1 称为谐波次数 电网中有时也存在非整数倍谐波 称为间谐波 Non harmonics 或分数谐波 谐波源 三大类 电力电子装置 电子开关型非线性设备 主要为交 直换流装置及晶闸管构成的可控开关设备 如变频装置 晶闸管型直流提升机 整流装置等 传统非线性设备 铁磁饱和型非线性设备 如变压器 电抗器 旋转电机 银光灯等 电弧型非线性设备 炼钢电弧炉 交流电弧焊机等 第7页 2020 3 30 电力系统谐波 电流 或电压 波形为非正弦 含有基波以外的成分如图所示电流中含有3 5 7等次谐波损耗大大增加 并且严重影响设备安全 第8页 2020 3 30 谐波的危害 谐波问题是最为常见的电能质量问题 损耗大大增加 并且严重影响设备安全 加大线路及变压器损耗 使电缆过热 绝缘老化 降低变压器额定容量 大部分应用场合 电流中谐波成分占20 以上时 谐波治理后的节电率约在5 20 之间 严重影响用电设备安全 电容器 电动机 变压器 电缆 断路器等 谐波造成损耗的同时 还对电费计量造成较大误差 对电力公司及对电力用户的影响 第9页 2020 3 30 谐波的危害 续 影响电机效率和正常运行 产生震动和噪音 缩短电机寿命4 的3次谐波 异步电机寿命缩短15 4 的5次谐波 异步电机寿命缩短8 使电容器过载发热 加速电容器老化甚至击穿 导致电容器型补偿不能正常运行 不能投运 易损坏 寿命缩短 造成保护装置或断路器误动 导致区域性停电事故导致中性线电流过大引发故障 造成中性线发热甚至火灾诱发电网谐振 产生数倍甚至数十倍的过电压 过电流 损坏敏感的设备使电力系统各种测量仪表产生误差对通讯 电子类设备产生干扰 第10页 2020 3 30 行业状况之一 谐波对剧场音响系统的影响 剧场的谐波源除常规谐波源外 剧场谐波源有可控硅调光器 高压弧光灯 等等 可控硅调光装置 在移相触发调压过程中 将使电源波形非正弦化 造成多项奇次谐波分量较大 试验表明 当可控硅移相调压至半压 并满载输出 此时电流波形谐波畸变最严重 达62 左右 三相零序电流叠加 为相线电流的1 86倍左右 谐波造成的危害对音响系统施以干扰 当含有谐波的电源向音响设备供电时 势必造成危害 严重破坏音响系统的放音音质 使音响系统发出明显 吱吱 声 构成对可控硅触发电路的相互干扰 影响调光系统的正常工作 其他 供电安全性降低 谐波损耗增加 措施与建议 设法以 干净 的电源向音响设备供电 减弱谐波对电声 弱电系统干扰 保证系统正常工作 采用有源电力滤波器 滤波能力强 适应能力强 第11页 2020 3 30 行业状况之二 楼宇大厦的谐波 楼宇大厦 包括民用建筑中包含大量谐波源由低压电网供给电源的各种电器设备 在市政生活和企事业单位应用十分广泛 在这些以家用电器为主的低压电器中 绝大部分含有大量非线性元件 会产生谐波电流 主要有电视机 各种节能灯 计算机 电冰箱 洗衣机 微波炉 电磁炉 激光打印机 充电器 各种医疗和科研用的仪器和设备 调速驱动 例如空调用压缩机 高层建筑用的大型电梯等 它们大都是用晶闸管 小功率的整流装置等电力电子元件 虽然其单台容量不是非常大 但数量极为庞大且分布很广 工作同时性强 它们产生的谐波已成为配电网谐波污染的主要来源 电能质量的下降严重影响着供 用电设备的安全经济运行 降低了人民的生活质量 第12页 2020 3 30 行业状况之二 某大楼实测的供电电压谐波含量 第13页 2020 3 30 行业状况之三 电铁引起的谐波 电铁机车是单相大功率整流负荷 其用电会产生大量的谐波与负序 如不能在电铁牵引变电站得到及时治理 将注入电力系统 影响全网 波及用户 电铁机车沿铁路移动用电 加剧问题的严重性 产生的危害性远比其他任何谐波源设备更为严重 据不完全统计 自电铁投运三十多年以来 电铁谐波与负序已引发过200MW发电机跳闸 山西 河南 贵州等电网大面积停电或系统解列 电网产生局部谐振 发电机转子损坏 继电保护非正常频繁启动 用户电动机和电容器大量烧坏 小火电厂不能就近并网等一系列的危害 使社会 电力部门和用户蒙受了巨大的经济损失 随着电铁运量的增加和电铁向东部发达地区扩展 产生的危害将会更加严重 目前 各级电力部门对此高度重视 第14页 2020 3 30 行业状况之四 工业用户 工业用户中含有各类谐波源 最常见的低压变频器引起的谐波电流 水泵 配套的低压变频器 电流中含大量谐波 第15页 2020 3 30 什么是无功 有功功率P kW 无功功率Q kvar 视在功率S kVA 无功功率就是电路中感性元件 或容性元件 中的电磁场能 或电场能 与电路中的电能相互转化所需的功率 用来在电气设备中建立和维持磁场 完成电磁能量的相互转换 不对外做功 第16页 2020 3 30 无功补偿意义 提高设备利用率 降低设备和线路损耗 减少线路和变压器电压降 第17页 2020 3 30 无功补偿发展 第18页 2020 3 30 电能质量治理装置 基于TCR的SVC 第20页 2020 3 30 基于TCR的SVC TCR产生谐波 必须配备滤波器组 通常3 4组 滤除自身谐波及提升机等设备谐波 导致 占地面积增加谐波损耗增加对系统内其他设备安全的影响 谐波电压放大 第21页 2020 3 30 基于TCR的SVC TCR产生大量谐波电流 第22页 2020 3 30 基于MCR的SVC 第23页 2020 3 30 基于MCR的SVC MCR自身产生谐波 也必须配备滤波器组才能滤除自身谐波和提升机等背景谐波 噪音达到90dBMCR运行损耗达到1 5 2 0 对系统内其他设备安全的影响 谐波电压放大 第24页 2020 3 30 MCR的谐波特性 电流THD为15 75 第25页 2020 3 30 基于TSC的SVC 第26页 2020 3 30 可控硅投切电容器 有级调节 过补和欠补 电容器反复投切 寿命有限 德国最好20万次 背景谐波解决不了 影响自身运行 基于TSC的SVC 第27页 2020 3 30 静止无功发生器SVG 第28页 2020 3 30 SVG工作原理 第29页 2020 3 30 SVG装置构成 优势一 响应速度快 补偿效果与补偿容量和响应时间曲线 响应时间 5ms SVG响应速度快 5ms SVC响应速度 40ms 60ms SVG中采用的IGBT2us开关一次 SVC MCR中的可控硅10ms开关一次 实际测试结果 动态无功补偿及电压控制效果 负荷电流 SVG无功补偿电流 A相 C相 A相 C相 SVG补偿电流随负荷电流变化而快速动态变化 优势二 低电压特性好 SVCSVGSVG的低压特性好 是恒定的电流源 系统电压降低时 仍能输出额定无功电流 而且具备很强的过载能力 SVC阻抗特性 输出能力线性降低 系统电压降低时 输出无功电流成比例降低 不具备过载能力 优势三 谐波特性好 链式SVG实验结果 输出电压 输出电流 电流畸变率1 9 优势四 有源滤波 第36页 有效滤除特定次谐波电流 不引起其它次谐波放大 母线电压系统电流负荷电流SVG补偿电流 频谱分析 2020 3 30 优势五 占地面积小 SVG无需并联滤波器组 占地面积大大减少 优势六 可靠性高 维护量小 可靠性高 维护量小 满足IGBT功率模块N 1运行方式冗余主电路拓扑结构 每相一个链节单元损坏后仍可继续满负荷运行可控电流源型 对系统参数不敏感 不会发生谐振或谐波电压放大 根据系统需要 可以方便地消除系统谐波电流 起到抑制谐振的效果 小结 基于SVG补偿技术先进 是最新动态无功补偿与谐波治理方案无功动态补偿 不产生谐波而且能补偿13次以下谐波 使固定电容支路的设计大大简单 避免谐波放大 使系统安全性大大提高装置自身可靠性高 采用目前最为成熟普遍应用的IGBT 此外每相具备冗余模块自然风冷 平时免维护 模块化结构 如出现模块故障 可冗余运行 检修时直接更换模块思源清能与清华大学合作研制 技术实力与公司实力居全国领先地位 目前已在煤矿 电力 冶金 风电 铁路等多个领域应用 第39页 2020 3 30 SVG应用案例 案例 某煤矿无功补偿与谐波治理 成套装置由两部分构成 SVG补偿装置 3Mvar 成套装置实现动态补偿功能的主体 可实现无功动态补偿 谐波动态跟踪滤除 高压电容补偿装置 串联电抗器的高压电容器补偿支路 主要功能是提供固定容量的容性无功 将电容补偿支路设计成固定的谐波滤波支路 使其与SVG装置优势互补 整体性能价格比达到最优 第41页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 第42页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 3Mvar的SVG 3Mvar的FC动态补偿效果 0 6Mvar 案例 5Mvar的SVG 5Mvar的FC 动态补偿效果 0 10Mvar 第43页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 应用案例 二 5Mvar的SVG 5Mvar的FC 动态补偿效果 0 10Mvar 第44页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 同容量SVC的对比尺寸 第45页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 7 8m 42m328m2 SVG其它应用案例 第46页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 其它案例 用于电力输电网负荷中心电压控制 第47页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 上海 50MVarSVC STATCOM 装置平面布置图 第48页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 控制屏与阀厅 第49页 2020 3 30 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 上海电力公司经济效益分析 220kV变电站最低电压平均升高5 79 稳态电压升高2 03 在事故状态下 少甩负荷120MW 线损率降低5 每月平均节损120万度 第50页 2020 3 30 第50页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 案例 用于钢厂的轧机系统 稳定了系统母线电压 满足了生产需要 大大节约了系统无功损耗 10kV电压波动范围从安装前的1 3kV降低到0 2kV 避免了SVC等阻抗型补偿装置带来的系统谐振或者谐波放大等问题 极大的提高了系统的安全性 第51页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 组装生产过程中的SVG功率模块 第52页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 高压大功率的检测专利技术 对充实验 功率模块验证一次性检测多个模块 第53页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 国内实力最强大的SVG APF设备提供商 第54页 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 谢谢大家 张智勇电话 021 54833091手机件 zzy tjutee 两电平SVG模式 第一代 第56页 交流侧输出只有高电平和低电平 通过脉冲宽度调制实现交流输出输出电压低 一般为500V 器件电流大 不利于装置稳定运行 器件实际使用频率高 谐波特性较差目前APF由于输出电压低 绝大部分仍采用两电平方案 思源清能产品介绍 SVC 在煤矿应用 2020 3 30 三电平SVG模式 第二代 第57页 相当于两个两电平电路的串联 器件实际使用频率较高 谐波特性改善增加了缓存吸收电路 工艺要求