电能质量问题分析与治理ppt课件

1、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16

2、0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 125Mvar SVC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

3、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

4、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

5、,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

6、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

7、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-SV

8、C,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

9、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（Dynamic Voltage Restorer动态

10、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（Solid Static Transfer Switch）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,

11、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（STATic synchronous COMpensator，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

12、原理-换流链,静止同步补偿器-STATCOM/SVG,PWM（Pulse Width Modulation）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：40 40C,治理设备-STATCOM/SVG,APF（Active Power Filter 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

13、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：5ms,无功补偿：模式可选,滤波范围：225次,开关频率：15kHz,治理设备-APF,电能质量综合治理方案,电能监测 数据采样、分析,SVG/SVC 电压波动、闪变、不平衡、无功,无源滤波器 谐波、无功,APF/FC 谐波、无功,DVR 电压暂降、波动、闪变,SSTS 双电源切换,治理后电能质量测试,SVC应用案例：某钢厂高速线材(直流轧机)生产线,方案：在高压母线加装了5、7、11三组滤波器及1个TCR支路,

14、各次谐波电流： 5、7、11次谐波电流含量大幅降低，满足国标要求,平均功率因数： 投运前0.7024，投运后为0.9599 谐波电压总畸变率： 投运前2.966,投运后为1.270,SVC投运前 SVC投运后 电压波动：5% 电压波动：0.5% 电压闪变：Pst=2.08 电压闪变：Pst=0.78 冶炼档位：12档 冶炼档位：16档 每天炼钢：24炉 每天炼钢：27炉 功率因数：0.78 功率因数：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

15、,APF补偿前母线电流波形,方案：在380V母线加装了1组150A APF,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 10kV 2Mvar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