第七章电能质量控制技术

1、7.1 概述 电能质量问题分析和解决思路： 电力系统的频率波动大负荷引起的有功功率冲击；主要依靠合理调度或通过专门研究解决。 电压波动、波形畸变非线性负荷和无功功率冲击；在用户侧采取补偿方法就地解决。 三相电压动态不平衡非线性负荷不对称负荷；用户侧补偿、改善工艺和网络结构方法解决。 电压暂降、短时间断电力系统故障和大设备操作；采用提高可靠性、改善网络结构和进行补偿等方法解决。 新型供配电设备和用户电力技术新概念、新技术。第七章 电能质量控制技术7.2 有功功率冲击的补偿 国标规定频率偏差为0.2Hz。解决措施： 1、增加装机容量或扩大电力系统 电力系统频率特性： 若系统越大，P越小，则频率偏差

2、f就越小。 2、使系统保持足够的备用容量 3、改进调速系统和进行跟踪调节 例如：电液调速失灵区可小于0.05Hz左右。 4、合理选用水电厂的备用调频容量 5、对大型冲击负荷的频率变化进行专门研究 同时考虑无功冲击的电压波动、谐波、负序问题。PFFPKKfP7.3 无功功率冲击的补偿 实用措施：1）改进运行操作方法和生产工艺； 2）提高系统的供电能力； 3）加装SVC等补偿装置。 一、晶闸管控制电抗器（TCR）补偿装置（目前最常用） 1、接线和基本原理TCR的基本原理： 通过晶闸管控制改变装置输出的无功电流。例如： 1）为90o时，电路电流滞后电压90o，吸收无功最大； 2）在90o180o间变

3、化，可改变吸收的无功大小。 2、TCR的负荷补偿 TCR装置只能吸收无功，与固定电容器FC并联使用，则可向系统送出或吸收无功功率。特性如图所示。一、晶闸管控制电抗器（TCR）补偿装置 TCR 静补装置能快速吸收或发出感性、容性无功，对电压波动、闪变、谐波有很好抑制作用；TCR分相控制能对三相不平衡问题进行补偿；大电网应用可提高系统稳定性、抑制系统振荡、降低暂态过电压、改善功率因数等。 二、饱和电抗器（SR）补偿装置（早期装置，不介绍） 装置原理与伏安特性： 三、晶闸管投切电容器(TSC) 补偿装置（应用最多的装置） 1、基本接线和电压控制特性 1）电抗器作用 防止电容器投入的冲击电流和电容器与

4、系统的谐波谐振。 2）技术问题改进：用机电一体化开关解决投切涌流、晶闸管散热、功率损耗和可靠性问题。实用接线如图所示。 三、晶闸管投切电容器(TSC) 补偿装置 2、TSC装置的特点 1）分组投切电容器控制无功，不能平滑地调节装置的无功功率；只能发出无功功率，不能吸收无功功率。 2）但成本低、可靠、维护方便，因此应用非常广泛。 三、晶闸管投切电容器(TSC) 补偿装置 3、TSC装置的实际应用 四、三种型式SVC装置的比较类 型TCRFCSRFCTSC无功功率控制连续，感性/容性连续，感性/容性分级调节，容性动态响应时间约10ms约10ms约1020ms限制过电压能力中等有限无吸收谐波能力好好

5、差闪变改善情况很好好好控制灵活性好差好运行维护情况较复杂简单较复杂 SVC装置的应用情况分析： 1）TCRFC和SRFC能连续、双向控制无功，响应时间快，抑制闪变、谐波能力强，多用于冶金行业。 2）TSC广泛用于供电网无功补偿，技术比较成熟。7.4 电压暂降和短时间断的抑制 一、一般抑制方法与措施（供电部门、用户双方共同） 1、供电部门：预防故障：尽量减少暂降、间断的次数； 减缓故障影响：快速跳闸、环网供电等； 2、用户措施：采用UPS、备用线和备用发电机等。用户分类 采用的设备和供电措施 不间断电源备用发电机备用线路其它金融机构 数据处理中心 通信中心 炼油厂医院 造纸厂 半导体制造厂二、用

6、户电力（定制电力）技术及其应用 1、用户电力技术的产生 1992年美国 EPRI 提出：把大功率电力电子技术和配电自动化技术综合起来，以用户对电力可靠性和电能质量要求为依据，为用户配置所需要的电力。 2、用户电力技术的原理与应用 1）采用固态断路器和静态补偿器（STATCOM） a）固态断路器动作时间小于10 ms，能在一个周波内切除故障，并恢复重要用户供电，防止长时间断电。 b）静态补偿器是带有储能系统的并联补偿装置，响应时间几 ms ，能在一定时间内维持电压不变。 两种设备配合使用，能有效限制电压波动、波形畸变。固态断路器和静态补偿器在供电系统的典型应用 2）动态电压恢复器（DVR） DV

7、R是带储能装置（系统）的串联补偿装置，除无功功率之外，有补偿有功功率的能力；当系统发生电压暂降时，能在几 ms 间内将用户侧电压恢复到正常值。 DVR抑制电压暂降的原理如图所示。用户电力技术产品在供电系统的应用 上图供电系统的思路：采用用户电力技术概念提出的新产品和新设备，为用户配置所要求电力。三、用户电力技术的产品和设备 1、固态断路器和固态转换开关 1）开关组成： GTO开关：相当负荷开关 SCR 开关：相当断路器。 2）工作原理： 故障时电流增大，GTO收到关断脉冲后立即关断，电流经限流电抗器流过 SCR开关，SCR 开关则在电流第一次过零时断开回路，仅有几ms的延时，动作速度非常快。

8、3）应用场合： 如图可用于快速隔离故障和转换供电；与静态补偿器配合向用户供优质电力；与电抗器配合快速限制短路电流等场合。 2、静态补偿器 一种带储能系统、有快速响应能力的电压源控制器。 由联络变压器、GTO 或 IGBT 换流器、储能系统和控制系统等组成。为高质量供电的无功电源产品。 国内外研究情况和水平： 组成：与静态补偿器相似也有变压器、换流器、储能装置和控制系统，区别是串接于线路上向敏感负荷供电。 原理：正常时由系统受电存储能量；由于能同时提供有功和无功功率，因此故障时对电压暂降、暂升、间断进行动态补偿；也可以用于限制短路电流。 国内外研究情况和水平： 4、几种类型调节器比较：3、动态电

9、压恢复器 将投资费用与扰动损失费用进行比较、分析。实际中可根据用户电力技术投资，以及受电力扰动的代价，即使用用户电力技术后的效益，按回收年限等方法进行分析。 扰动代价各国情况不同，美国情况如图所示。 四、用户电力技术的经济性分析 1、采用互补方式 1）用户方法：用稳压器、UPS等解决小负荷问题； 2）电力公司：采用SSB、STATCOM、DVR等解决 3）双方投资解决供电中的电能质量问题。 2、实现与配电自动化的结合 3、设立用户电力技术园区，园区实行优质优价。 但园区的供电指标、用电价格等都要具体规定和解决。 用户电力技术的应用，供用电双方均可得益。用户方面能避免电能质量问题造成的损失，从提

10、高产量、产品质量获取效益；供电部门得益于公司形象、优质优价，推迟供电建设投资和减少运行费用等方面获取效益。 五、用户电力技术的实现方式7.5 电力谐波的限制措施 一、谐波的限制措施 1、降低谐波源谐波电流含量 换流装置的谐波电流次数与脉动数P有关，增加换流装置的脉动数，是降低换流装置谐波的最有效措施。 换流装置网侧特征谐波次数：hKP1 换流装置产生的谐波电流大小：Ih I1/ h 因此，装置P越大，h越大，则低次谐波少，Ih越小。 2、装设交流滤波器 交流滤波器分有源和无源两种，普通无源滤波器设备和技术可靠，应用较为广泛。工程问题的考虑。 3、合理选择供电电压 4、加强谐波管理工作二、交流滤

11、波器 1、滤波器的两种形式：调谐滤波器和高通滤波器。 调谐滤波器又分为单调谐和双调谐滤波器；单调谐用于吸收单一次数谐波。例如，可用不同种类滤波器。 2、滤波器原理和设计要求 1）使注入系统的谐波减小到国标允许的水平； 2）进行基波无功补偿，供给负荷所需的无功功率。 二、交流滤波器 3、单调谐滤波器 由图主电路可求：调谐频率：调谐次数：谐波阻抗：LCfr2/1LCrrXXffh/1)()212(11222CLXffXffRfcfLRZ 在谐振点： z R 特征阻抗： ； 品质因数： Q为设计滤波器的重要参数，典型值Q=3060。CLCLX10RCLRLQr4、高通滤波器 用于吸收某一次数及其以上

12、的各次谐波。如图所示。 由图主电路可求：复数阻抗：截止频率：截止次数： 结构参数： ，一般 m=0.52； 品质因数： ，一般 Q=0.71.4CC1LRLRjLRRLLjRLRj1jZ222222222CRf210RXCCRf21ffh1100CRLm2CLRLRQ/ 5、双调谐滤波器 用于吸收相邻两次数谐波，如图所示。应用不广泛。 6、滤波器设计和运行应注意的问题 1）参数选择注意防止滤波器与系统发生并联谐振； 2）注意防止滤波器与系统发生串联谐振。三、有源电力滤波器（APF）简介 无源滤波器体积大、耗材多，设计不合理存在谐波放大的可能。目前理论、技术具备研制实用化APF的条件。 1、基本原理 谐波电流：iH i - i1 (补偿前)； 补偿电流：if = - iH (APF提供的电流)； 补偿结果：iS i + if = i1 （补偿后电网电流） 2、主要结构和实现方法 APF实质是特殊的补偿 电流源，结构如图： 1）无功电流iq检测 要求：实时快速检测iq。 设：负荷电流为i，用傅氏变换求解无功电流和谐波电流： 目前，典型的快速检测有瞬时空间矢量法、自适应检测法、提取基波分量法等。qphhhiitbtatatbi）（1121111sinhcoshcossin因此，有Hhhhqitatbt