电能质量问题分析与治理

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1011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。0510152024681012141618六脉冲十二脉冲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：1.晶闸管控制电抗器（TCR）型；2.晶闸管投切电容器（TSC）型；3.晶闸管投切电抗器（TSR）型；4.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。iTCRui301cycle2eαTCR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：6~66kV额定频率：50Hz额定容量：0~300MVA响应时间：15ms冷却方式：水冷/热管负荷功率因数：0.95~1治理设备-DVR~负载故障DVRsagUloadUdvrV系统工作原理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：0.38~10kV额定频率：50Hz额定容量：0~4MVA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：0.5~1治理设备-DVR晶闸管阀TS1高速机械开关PS1晶闸管阀TS2高速机械开关PS2复合开关1复合开关2馈线1主电源馈线2备用电源关键负荷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：0.38~10kV额定频率：50Hz额定电流：0~1000A响应时间：10ms治理设备-SSTSSTATCOM（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/SVGCon.NCon.NCon.NvdcaNvdca1vdcbNvdcb1vdccNvdcc1Va1VaNVb1VbNVc1VcN0.5X0.5X0.5Xiabibcica换流链链节VgaVgbVgcRsSpaRsSpbRsSpc35kV500kVBus220kVBusSaSbScA相B相C相0.5X0.5X0.5X电压源换流器.1V.2V.IjX12sinVVPX1VIX2V21VV容性I2V1VXI2V1VXdcVdcI21VV感性.I.1V.IjX.2V.I,PQ112cosVVVQX电网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vstVdc1Vdc2VdcnSTATCOM的工作原理-换流链静止同步补偿器-STATCOM/SVGPWM（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：3~35KV额定频率：50Hz额定容量：0~100Mvar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°～40°C治理设备-STATCOM/SVGAPF（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：380~690V（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：2~25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•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6～8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DVR10kVDVR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STATCOMSTATCOM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、太阳能行业解决方案光伏系列产品监控软件监控软件智能防雷汇流箱光伏防雷汇流箱光伏逆变器系列微电网逆变器双向储能逆变器并网逆变器2.5KW至1MW25KW至100KW10KW至500KW功率预测软件功率预测软件成组超级电容器工装管理系统储能控制器超级电容管理器后台监控系统通讯通讯管理系统储能控制器通讯通讯通讯通讯通讯通讯通讯锂电池管理器成组锂电池工装铅酸电池管理器成组铅酸电池工装管理系统其它成组介质工装DC母线光伏组件通讯双向逆变器通讯光