电能质量问题分析与治理.ppt

电能质量问题分析与治理,亚洲最大、世界领先的电力系统电力电子实验室,国际一流的特高压试验基地,世界领先的电力系统仿真实验中心,世界首套750kV可控并联电抗器（敦煌750kV可控并联电抗器）,世界首套1000kV固定串补装置（南阳、长治1000kV固定串补装置）,世界首套500kV故障电流限制器（瓶窑500kV故障电流限制器）,我国首套国产化电网大容量SVC（鞍山红一变SVC装置）,我国首套500kV固定串补装置兼世界上补偿容量最大的可控串补工程（伊冯500kV可控串补装置）,我国首套国产化500kV直流融冰兼SVC装置（益阳500kV融冰兼SVC装置）,联众(广州)不锈钢有限公司160吨交流电弧炉SVC工程TCR容量达200Mvar居国产工业配电网SVC容量之首,动态电压恢复器（DVR）,静止无功发生器（SVG）数十套,有源滤波器（APF）10余套,静止无功补偿器（SVC）100余套,天津钢管有限责任公司一期90吨交流电弧炉125MvarSVC工程,固态切换开关（SSTS）,目录,1.电能质量基本概念,2.电能质量国家标准简介,一、电能质量基本概念,三、电能质量治理典型案例,二、电能质量治理领域,四、太阳能行业解决方案,电能质量问题的由来随着国民经济的发展，用电负荷日趋复杂化和多样化，大量具有非线性、冲击性和不平衡特性的负荷接入电网，电能质量日趋恶化；同时，现代工商业大量使用的计算机系统、快速发展的高新技术产业对电能质量的要求却越来越高，尤其是一些电能质量敏感企业一旦发生问题，会产生很大的经济损失。电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质的电力可以提高用电设备效率，增加使用寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质量关系到电力可持续发展，也关系到国民经济总体效益，是实现节约型社会的必要条件之一。,电能质量基本概念,电能质量基本概念,电力系统常见电磁现象一个良好的电能应该是连续的，电源的电压和频率总是保持在允许范围内，且电压和电流具有纯正的正弦波曲线。以下是电力系统中常见的电磁现象。,电能质量基本概念,电能质量指标电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降电能质量指标特点,空间上、时间上不断变化需要供、用电双方共同合作维护,1.电能质量基本概念,2.电能质量国家标准简介,4.电能质量工程治理典型案例,一、电能质量基本概念,三、电能质量治理典型案例,二、电能质量治理领域,四、太阳能行业解决方案,输配电领域,10,11,冷轧钢板直流电机和变频调速电机,中厚板直流电机和变频调速电机,制造棒材的整流传动系统,制造线材的整流传动系统,工业领域,12,制造型钢的整流传动系统,金属加工,制造无缝钢管的整流系统,炼钢炉（交流电弧炉、直流电弧炉、精练炉、中频炉）,工业领域,13,港口门机,卸船机,石油磕头机,石油海上平台,工业领域,14,其它领域,交流电弧炉,交流电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉，电弧炉的冶炼过程分两个阶段，即熔化期和精炼期。在熔化期，相当多的炉内填料尚未熔化而呈块状固体，电弧阻抗不稳定。谐波含量大.电弧炉的基波负序电流也较大，最大负,序电流都发生在两极短路时。交流电弧炉从系统吸收的有功功率、无功功率大幅度变化，并引起电压水平降低、电压波动和闪变，降低了输入电炉的有功功率，延长了冶炼时间，降低了钢产量。电弧炉在整个冶炼过程中功率因数在0.1-0.9之间变化，平均功率因数较低。,不同负荷电能质量特点,直流电弧炉,三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量较少；随着整流器相数的增加，谐波的频谱向高次方向动；产生的无功功率冲击略为同容量交流电弧炉50%；直流电弧比交流电弧更加稳定，因此，直流电弧炉引起的电压闪变很小。,不同负荷电能质量特点,矿热炉,三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量较少；负荷波动不大，电压波动不大。功率因数较低。,不同负荷电能质量特点,三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量较电弧炉少；负荷波动不大，电压波动不大。功率因数较低。,精炼炉,电解铝,三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量较少；负荷波动不大，电压波动不大。功率因数较低。,不同负荷电能质量特点,中频炉,三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量较大；负荷波动不大，电压波动不大。功率因数较低。,轧机,三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量较大；大型轧机负荷波动较大，电压波动较大。小型轧机负荷不大，电压波动不大。功率因数较低。,不同负荷电能质量特点,1.电能质量基本概念,2.电能质量国家标准简介,一、电能质量基本概念,三、电能质量治理典型方案,二、电能质量治理领域,四、太阳能行业解决方案,电能质量治理的流程,电能质量测试/评估分析计算方案设计治理设备设备安装、调试运行电能质量测试,电能质量测试设备,电能质量测试/评估,电力系统仿真软件（PSCAD）,电能质量测试/评估,分析计算方案设计,谐波潮流分析软件（PSAF）,治理设备-SVC,静止无功补偿装置（SVC）,TCR型SVC主接线图,SVC是由静止元件构成的并联可控无功功率补偿装置，其静止的含义是相对于发电机、调相器等旋转设备而言。SVC是通过改变其容性或感性等效阻抗来调节输出，以维持或控制系统电压和无功功率。SVC主要类型有：晶闸管控制电抗器（TCR）型；晶闸管投切电容器（TSC）型；晶闸管投切电抗器（TSR）型；晶闸管控制高阻抗变压器（TCT）型；磁控电抗器（MCR）型；自饱和电抗器（SR）型；TCR型和TCR/TSC组合型SVC是静止无功补偿的主流。,广泛应用于电气化铁路、冶金和输电网,治理设备-SVC,治理设备-SVC,TCR由晶闸管控制的并联电抗器组成，通过控制晶闸管阀的导通角来使其有效电抗值实现连续快速变化，起调节感性无功功率的作用。滤波器支路中串联电抗器与电容器串联谐振于特定谐波频率，对特定谐波呈现低阻，实现谐波滤除功能。同时，对50Hz工频呈现容性，在SVC系统中提供容性无功。,TCR单相电路原理及波形图,工作原理：,装置组成,滤波电容器组,相控电抗器,晶闸管阀组,控制保护系统,治理设备-SVC,技术指标,额定电压：666kV,额定频率：50Hz,额定容量：0300MVA,响应时间：15ms,冷却方式：水冷/热管,负荷功率因数：0.951,治理设备-DVR,工作原理,DVR（DynamicVoltageRestorer动态电压恢复器）是面向电力用户的串联型动态电能质量调节装置。当电网发生某种电压质量问题时，DVR会在5毫秒之内向系统注入电网正常状态和故障状态下的电压差，使得负载上的电压保持恒定不变。,技术指标,额定电压：0.3810kV,额定频率：50Hz,额定容量：04MVA,电压总谐波畸变率：5%,响应时间：5ms,补偿范围：0.1-0.5p.u.,补偿时间：10s,负荷功率因数：0.51,治理设备-DVR,SSTS的电气主结构,固态切换开关SSTS（SolidStaticTransferSwitch）主要用来解决电压跌落和电力短时中断的问题。在主供电源出现故障时快速切换至备用电源。,治理设备-SSTS,技术指标,额定电压：0.3810kV,额定频率：50Hz,额定电流：01000A,响应时间：10ms,治理设备-SSTS,STATCOM（STATicsynchronousCOMpensator，即静止同步补偿器）基于可关断电力电子器件，是柔性交流输电技术的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。,治理设备-STATCOM/SVG,通过控制电压源换流器（VSC）输出电压V2的幅值和相角，调节装置无功输出。,STATCOM基本拓扑结构,STATCOM的工作原理-无功输出,静止同步补偿器-SVG,链式STATCOM单相换流链结构,单相换流链输出电压波形,STATCOM的工作原理-换流链,静止同步补偿器-STATCOM/SVG,PWM（PulseWidthModulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。,装置组成,连接电抗器,集装箱成套设备,换流链,控制保护,技术指标,额定电压：335KV,额定频率：50Hz,额定容量：0100Mvar,最大调节范围：土100Mvar连续调节,响应时间：5ms,装置损耗：1%,运行温度：4040C,治理设备-STATCOM/SVG,APF（ActivePowerFilter有源滤波器）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。,治理设备-APF,技术指标,额定电压：380690V（可升压）,额定频率：50Hz,单台电流：300A,运行方式：多台并列运行,响应时间：0.95每炉钢缩短冶炼时间68分钟，节能4.8%！,某钢厂120吨精炼炉SVC工程110kV治理效果案例,治理后电能质量测试,APF应用案例：某钢厂变频调速系统380V母线,APF补偿后母线电流波形,APF补偿前母线电流波形,方案：在380V母线加装了1组150AAPF,治理后电能质量测试,DVR应用案例：某卫星制造厂10kV母线,方案：在10kV进线处加装了1套DVR,10kVDVR现场照片,10kVDVR录波波形,电网侧电压波形,负载侧电压波形,某钢厂钢管生产线STATCOM,解决方法测试确定补偿容量动态响应速度10ms感性/容性补偿紧凑化设计,最终方案10kV2Mvar柜式STATCOM,STATCOM工程案例,实际问题无功波动大需要响应速度快需要调节母线电压老厂房，场地有限,电压曲线,DSTATCOM未投入,DSTATCOM投入,STATCOM工程案例,1.电能质量基本概念,2.电能质量国家标准简介,一、电能质量基本概念,三、电能质量治理典型方案,二、电能质量治理领域,四、太阳能行业解决方