超级电容储能电网电能质量控制装置

超级电容储能电网电能质量控制装置哈尔滨工业大学电磁驱动与控制研究所孙力教授电话：[phone]Email：[e-mail]功能介绍我研究所研制的超级电容储能电网电能质量控制装置GPC与市场同类装置最大的不同，在于完全针对现代电力系统高度复杂性和负荷多样性的特点进行设计，能同时改善电网的多种电能质量问题。超级电容储能电网电能质量控制装置GPC自身相当于一个虚拟发电站，实时监测电网的参数变化，动态调节补偿电压、电流的波形、幅值与相位，在满足负载正常工作的前提下，最大限度提升电网电能质量。原理图++--～=～=++--电网超级电容模块组超级电容能量管理系统直流断路器逆变模块组智能断路器变压器断路器GPC超级电容储能电网电能质量控制装置工作原理之有功补偿遇到冲击负载时，GPC超级电容储能电网电能质量控制装置及时将超级电容中存储的能量返还电网，制止电网电压跌落，维持电网的稳定。负载平稳运行时，GPC超级电容储能电网电能质量控制装置从电网抽取一定能量储存在超级电容中；电网非线性冲击性负载超级电容模组补偿器uaisaicailaisauailauaicaua+=工作原理之无功补偿通过检测电网中需要的无功，GPC超级电容储能电网电能质量控制装置可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统在高功率因数下运行。工作时，通过调节开关器件的通断，控制由直流逆变到交流侧电压的幅值和相位。可以把GPC超级电容储能电网电能质量控制装置看作是一个调相电源。电网非线性冲击性负载超级电容模组补偿器uaisaicailaisaua+icaua=ilaua工作原理之谐波补偿GPC超级电容储能电网电能质量控制装置从电网汲取谐波电流，以抵消因负载的非线性而产生的谐波电流。电网非线性冲击性负载超级电容模组补偿器uaisaicailaisaua+=ilauauaica工作原理之多目标补偿isaua+icauauaicaicaua=任意负载电流！GPC超级电容储能电网电能质量控制装置，通过实时监控电网电压、电流、频率等参数，动态提供有功、无功及谐波支撑，可以解决诸多电能质量问题，例如电压波动、突升、突降等。在保证负载稳定工作的前提下，应用GPC超级电容储能电网电能质量控制装置能最大限度提高电网电能质量，提高分布式发电系统工作的稳定性与经济性，有效降低用户费用。电网非线性冲击性负载超级电容模组补偿器uaisaicaila技术性能优势作为我研究所研制的新一代电能质量调节系统，GPC超级电容储能电网电能质量控制装置结合了超级电容器储能技术、现代电力电子技术、智能控制技术、先进测量技术、计算机控制技术的高科技产品，其技术和性能与市场同类产品相比具有多重优势。技术性能优势技术性能优势多重补偿特性有功补偿无功补偿谐波补偿技术先进性快速补偿响应补偿精度高应用超级电容储能技术经济性更长的使用寿命体积更小安装方便各组件可灵活配置更高的安全性避免谐振现象多重软硬件保护技术性能优势之超级电容介绍超级电容器，也叫电化学电容器，是20世纪60年代发展起来的一种新型储能器件。1957年，美国学者Becker首先提出了可以将较小的电容器用做储能元件，1983年日本NEC电气公司率先将超级电容器推向市场。与常规电容器相比，超级电容器具有更高的介电常数和更大的表面积。这使他们成为现代储能应用中很好的候选方案。技术性能优势之常见储能方式性能对比储能方式能量密度W·h/kg功率密度W/kg充放电次数CycleLife效率η（%）超级电容储能2～107000～1800010695飞轮储能5～50180～180010690～95蓄电池储能30～200100～70010380～85结论：超级电容具有更高的功率密度，瞬时输出功率更大；超级电容具有更高的使用寿命；超级电容具有更高的效率，更低能耗。技术性能优势之快速补偿响应GPC超级电容储能电网电能质量控制装置采用了现代测量手段和智能控制技术，可以快速准确识别电网电压、电流异常，实现系统的快速投切与柔性退出，在保证电网稳定运行的同时，最大限度地提高响应时间。GPC超级电容储能电网电能质量控制装置的动态响应能力达到毫秒级一下，真正实现动态补偿。技术性能优势之补偿精度高GPC超级电容储能电网电能质量控制装置的快速响应和线性化补偿特性，可以保证补偿后系统的运行功率因数连续接近于1.0。技术性能优势之体积更小、安装方便传统的电能质量调节装置中使用的大容量电容、电抗器件，体积庞大，安装方案要求苛刻；而GPC超级电容储能电网电能质量控制装置采用模块化设计和标准化户柜式安装，工程设计和安装工作量都较小。技术性能优势之更长的使用寿命传统的电能质量调节装置有大量的电容电抗器件，使用过程中出现频繁投切，元器件损耗巨大；相比之下，GPC超级电容储能电网电能质量控制装置使用的功率器件损耗度极小，设备的使用寿命可比拟电子元器件的寿命，能够为客户节省大量资金。技术性能优势之避免谐振现象GPC超级电容储能电网电能质量控制装置是电流源型装置，从机理上避免了大量电容、电抗器件并联在电网中可能发生的谐振现象；在电网薄弱的末端，使用本装置的安全性比阻抗性设备更高。技术性能优势之各组件可灵活配置GPC超级电容储能电网电能质量控制装置采用模块化设计，各组件可以根据客户的要求和使用环境的特点，灵活配置；在保证客户需求的前提下，最大限度的降低客户的成本。技术性能优势之多重软硬件保护现代测量技术、智能控制技术与计算机控制技术的采用，GPC超级电容储能电网电能质量控制装置可以时刻监测整个系统的工作状态，第一时间发现故障，并采取适当的处理措施，保护设备与现场人员的安全，最大限度降低客户的经济损失。采用智能断路器等硬件设备，提供第二重保护，即使控制系统软件发生故障，依然可以安全平稳地关闭系统。技术性能优势之多重补偿特性由于GPC超级电容储能电网电能质量控制装置的工作原理是通过对逆变器的适当操纵，控制输出电流对系统进行补偿，所以可以同时解决多种电能质量问题，例如，冲击性负载、感性无功、容性无功、谐波、三相不平衡等。产品系列柜式系统2MW集装箱式系统4MW集装箱式系统额定补偿容量(kVA)100~12001000~26002000~5200应用系统功率等级1MW(2×n)~100MW(4×n)~100MW冷却方式强迫风冷强迫风冷或水冷强迫风冷或水冷设备尺寸(cm)262W×152D×241H610W×244D×244H1219W×244D×244H产品选型GPC—H100D—03额定电压接线方式额定容量产品类型系列代码注：产品类型：L-低压设备；H-高压设备；接线方式：D-三角形（三线）；Y-星形（四线）；额定电压：01-380V；02-690V；03-1140V；6-6kV；10-10kV。例如：GPC-H100T-03，表示我研究所GPC超级电容储能电网电能质量控制装置，额定电压1140V，额定容量100kVA，接线方式为三角形连接。执行标准《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92《低压用户电气装置规程》DGJ08-100-2003《低压配电设计规范》GB50054-95《供配电系统设计规范》GB50025-95《电能质量供电电压允许偏差》GB/T12325-2003《电能质量电力系统频率允许偏差》GB/T15945-1995《电能质量电压波动和闪变》GB/T12326-2000《电能质量公共电网谐波》GB/T14549-93《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15543-1995《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》JGJ/T16-92《电能信息采集与管理系统》DL/T698.34-2010技术指标电气特性额定电压(V)AC380±15%，AC690±15%，AC1140±15%工作频率(Hz)50/60±5%额定补偿容量(kVA)100~1200，1000~2600，2000~5200响应时间1ms有功功率损耗3%模块功率下过载能力120%多台运行方式并联运行平均无故障时间20万小时控制特性开关频率平均10kHz控制算法具有自适应能力的频域筛选矢量补偿算法控制器DSP(数字信号处理器)通信功能采用CANopen协议，最高传输速率1Mbps控制连接光纤，或电气连接技术指标结构特征防护等级IP21或根据用户要求定制颜色PAL7035(浅灰色)或根据用户要求定制冷却方式强制风冷或水冷整体安装落地式或根据用户要求定制安装方式室外或室内安装，固定方式可选、电缆进线方式可选环境条件环境温度-40℃~+70℃存储温度-40℃~+65℃相对湿度最大95%，无凝露海拔高度安装海拔小于2000米电磁兼容符合GB/T.7251-2005(GB/T7261-2000)包括衰减震荡波脉冲群干扰、静电放电干扰、快速瞬变干扰、浪涌干扰、电压中断抗干扰等。适用场合•电机调速场合、感应加热电源、可控电阻炉、单晶炉、电解电镀整流电源的配电系统•光伏发电、风力发电等新能源发电，天然气发电机组等分布式电源•纺织企业、工艺品自动加工厂等小功率电动机数量众多的用电场合•油田抽油机、轧钢机、提升机电焊机等冲击性负载供电系统功率需求变化频繁的场合对功率补偿精度要求较高的场合谐波含量大的配电系统新能源并网与分布式发电典型应用之提升机、轧机提升机、轧机用电现状：提升机、轧机属于典型的冲击性负载，主要存在于各矿业生产场合和冶金行业，对电网有如下影响：功率冲击大，造成电网电压波动，干扰其他设备运行功率因数低，每月需要交纳大量的无功费用部分装置产生谐波，危害电网安全优化方法：在供电变压器低压侧配备GPC超级电容储能电网电能质量控制装置在供电母线上并联GPC超级电容储能电网电能质量控制装置优化效果：补偿有功/无功，降低费用，避免罚款减少损耗减少谐波干扰，提升电能质量平稳母线电压，保护其他用电设备典型应用之油田供电系统油田供电系统现状：油田机采系统、注水系统及油气集输系统有大量异步电动机运行，其供电系统具有明显的特征：电流谐波大无功冲击较大，功率因数低电压波动严重，电压畸变率高，影响其他设备供电优化方法：在油田供电变压器低压侧配备GPC超级电容储能电网电能质量控制装置进行优化对单一油井供电或单一电动机配备GPC超级电容储能电网电能质量控制装置进行优化优化效果：补偿各类无功，提高功率因数减少无功冲击，提高供电质量减少负荷电流，降低线路损耗提高用电端电压典型应用之化工、建材工厂化工、建材工厂用电现状：化工、建材工厂变频器、液压机等非线性及无规律负荷居多，它们的接入对电网产生一系列不良影响，主要表现在：功率因数低严重的电压闪变导致电网严重的三相不平衡，产生负序电流产生高次谐波，存在偶次谐波和奇次谐波共存的现象优化方法：供电变压器低压侧并联接入GPC超级电容储能电网电能质量控制装置优化效果：提高工厂负载功率因数降低负载电流，减少工厂用电损耗分相补偿，消除三相不平衡稳定母线电压，减少闪变典型应用之新能源并网、分布式发电新能源并网、分布式发电现状：与常规发电方式相比，新能源发电机组对负载的波动过于敏感，例如，出现大功率冲击负荷时，新能源发电机组通常无法维持稳定的输出电压，输出电压频率大幅波动，最终导致发电机组因欠频保护等因素被移除出电网。优化方法：发电机组交流输出侧并联接入GPC超级电容储能电网电能质量控制装置包含分布式发电装置的微网中配备GPC超级电容储能电网电能质量控制装置大量接入分布式发电装置的配电网中配备GPC超级电容储能电网电能质量控制装置优化效果：提高新能源发电机组抗负载扰动能力提高发电效率降低电网波动对新能源发电机组的影响降低风能、太阳能等波动电源对电网的影响