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EAST供電網(wǎng)的補(bǔ)償與濾波,陶 駿 2004.7,EAST的負(fù)荷 EAST的負(fù)荷與高壓電網(wǎng)的兼容性估算 補(bǔ)償與濾波的方案 進(jìn)展情況 進(jìn)一步的工作 初步的工程預(yù)算及其他,主要內(nèi)容,1. EAST的負(fù)荷,高壓供電電網(wǎng),暫不考慮兩臺主變在10KV側(cè)的并列運(yùn)行，各點(diǎn)的短路容量 (110KV PCC 2 的短路容 量在目前達(dá)不到1980MVA）,1. EAST的負(fù)荷,負(fù)荷估算原則,主要來自于極向場系統(tǒng)，其他如縱場電源、輔助加熱系統(tǒng)暫不考慮 按極向場電源典型工作電流曲線給出結(jié)果（2003.2 吳維越報(bào)告給出） 極向場電源系統(tǒng)按兩種可能的工作模式考慮（12脈沖最小無功運(yùn)行方式和12脈 沖等觸發(fā)角運(yùn)行方式） 目前只有雙零位形的典型電流，對于單零位形下的負(fù)荷，參考雙零（極向場電 源按6脈沖運(yùn)行)給出大致的結(jié)果,1. EAST的負(fù)荷,幾種典型波形下的負(fù)荷,1 雙零位形下的負(fù)荷（極向場電源按最小無功運(yùn)行方式）,大拉長：,大體積：,圓截面：,1. EAST的負(fù)荷,2 雙零位形下的負(fù)荷（極向場電源按等觸發(fā)角運(yùn)行方式）,大拉長：,大體積：,圓截面：,1. EAST的負(fù)荷,3 單零位形下的負(fù)荷,根據(jù)目前的設(shè)計(jì)資料，尚未給出單零運(yùn)行的典型波形，此時(shí)極向場電源應(yīng)該按6脈沖運(yùn)行，其負(fù)荷與12脈沖中串聯(lián)雙橋等觸發(fā)角運(yùn)行的情況是大致的，上述的負(fù)荷功率仍適用。 對于諧波分布情況有所差別，由于上下對稱的極向場線圈的電流不等，5，7次諧波不能抵消。諧波估計(jì)應(yīng)該在獲得典型波形后進(jìn)行，可獲得較接近實(shí)際的數(shù)值。在目前的條件下，諧波的估算對上述兩種情況取最大值，可以適用。,由于未來放電的波形的不確定性以及由此導(dǎo)致的電源系統(tǒng)運(yùn)行方式的不確定性，對系統(tǒng)的負(fù)荷及諧波只能給出一個(gè)估計(jì)值，并留有一定的裕量，以此作為負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和濾波及補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 參考幾種典型波形及不同的極向場電源的運(yùn)行模式，按下面的數(shù)值考慮系統(tǒng)負(fù)荷和諧波： 容量：42MVA 無功：40MVA 諧波：5次， 300A； 7次， 200A；11次，200A；13次，180A； 17次，50A ； 19次，25A ；23次， 15 A；25次，10A,負(fù)荷統(tǒng)計(jì),2. 兼容性估算,EAST對電網(wǎng)的干擾,各次諧波的最大值幾乎發(fā)生在同一時(shí)刻，上述的THD按最大值疊加 上述的諧波因素只考慮了特征諧波,2. 兼容性估算,110KV PCC的考核,110KV PCC的諧波和無功是電力部門評價(jià)考核的對象 雙回線單獨(dú)供電 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“電能質(zhì)量 公共電網(wǎng)的諧波”，在110KV PCC處電網(wǎng)的諧波因數(shù)應(yīng)控制在2.0%，其中奇次應(yīng)控制在1.6%，偶次控制在0.8%以內(nèi)，在PCC處，EAST的諧波因素在110KV PCC處也超標(biāo)已經(jīng)超標(biāo)（奇次達(dá)到了3.3%;IEC100036“中壓和高壓電力系統(tǒng)中畸變負(fù)荷發(fā)射限值的評估”（有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)）中也提出了在110KV公共接入點(diǎn)的諧波電壓規(guī)劃水平為3。如果考慮到110KV系統(tǒng)的背景諧波，對于EAST裝置在110KV PCC的諧波發(fā)射按照國家標(biāo)準(zhǔn)的2的電壓畸變率的要求更為合理。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“電能質(zhì)量 電壓允許的波動及閃變”的要求在110KV的電網(wǎng)中，電壓波動允許為2.0,在110KV PCC處的電壓波動基本滿足該指標(biāo)。,2. 兼容性估算,10KV 的考核,雖不是供電部門考核對象，諧波和無功關(guān)系到電源和EAST的其他系統(tǒng)的的安全可靠運(yùn)行。 極向場電源與電網(wǎng)的相互干擾無功和諧波 1 保證變流器的抗干擾能力高于電網(wǎng)的擾動，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行 2 極向場電源的設(shè)計(jì)說明中提出了變流器的抗擾等級為B，參照國家標(biāo)準(zhǔn)“半導(dǎo)體電力變流器與電網(wǎng)相互干擾及其防護(hù)方法導(dǎo)則”，極向場電源的受擾類別為F級，即不能完全保證電源規(guī)定的性能，但能繼續(xù)工作。變流器的電壓波動應(yīng)控制在-1010。 在極向場電源的設(shè)計(jì)說明中給出的變流器的運(yùn)行電壓范圍是15到-7，由于無功沖擊帶來的電壓波動已經(jīng)超出此范圍。 3 當(dāng)變流器受擾類別為F級時(shí)，對抗擾等級為B的變流器在10KV網(wǎng)側(cè)的總的諧波畸變控制在10以內(nèi)，單次諧波的畸變因數(shù)為奇次不超過6，偶次不超過2。對比THD的結(jié)果，已經(jīng)超標(biāo)，某些單次諧波因數(shù)也超標(biāo)，如11次，13次，5次和7次在標(biāo)準(zhǔn)的限值附近。,2. 兼容性估算,4 為了保證接入的用戶的正常工作，負(fù)荷的畸變發(fā)射的約定小于6.5%以內(nèi)（諧波電壓 的規(guī)劃水平，IEC標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)） 5 10KV系統(tǒng)中的電壓畸變應(yīng)小于5（國家標(biāo)準(zhǔn)） 6 國家標(biāo)準(zhǔn)“電能質(zhì)量 電壓允許的波動和閃變”，給出了10KV電網(wǎng)允許的電壓波動在2.5%；“電能質(zhì)量 供電電壓允許的偏差”中約定10KV系統(tǒng)的電壓偏差允許值為 以上對極向場電源的考核是按受擾類別為F考慮的，實(shí)際中此時(shí)的電源的工作性能已經(jīng)下降了，為了進(jìn)一步保證電源的正常工作，對電網(wǎng)的干擾發(fā)射（諧波和電壓波動）應(yīng)控制在更小的范圍。這些干擾由電源產(chǎn)生，只能加另外的措施（補(bǔ)償與濾波），減小接入電網(wǎng)的負(fù)荷的干擾發(fā)射量。另外，無論110KV的接入情況如何，對50MVA變壓器的10KV母線的干擾水平均超標(biāo)（國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，變流器運(yùn)行要求）,極向場電源對其他負(fù)荷的影響,31.5MVA 變壓器的10KV母線上的比較敏感的負(fù)荷受由極向場電源傳遞的干擾，有可能影響其負(fù)荷的正常運(yùn)行。,2. 兼容性估算,電源系統(tǒng)的有功對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響,1 等離子體擊穿，熄滅和破裂時(shí)都會出現(xiàn)有功的變化，伴有很大的變化率，有可能引發(fā)系統(tǒng)的功率振蕩現(xiàn)象 2 在系統(tǒng)的輔助加熱功率增加后，該問題更加突出，需要引起注意 3 110KV 接入點(diǎn)距離發(fā)電機(jī)很近，有功的突變對發(fā)電機(jī)組軸系的影響需考慮 4 需要有詳細(xì)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，系統(tǒng)的原動機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制器的參數(shù)等(嚴(yán)格的說，供電部門應(yīng)該約定有功的變化的限值和變化率的限值）,2. 兼容性估算,ITER在這方面的考慮,電網(wǎng)及負(fù)荷,400KV電網(wǎng)的最小短路容量10GVA，其綜合諧波畸變率控制在1，單次諧波畸變率控制在0.5%以內(nèi)。最大的無功沖擊不超過400Mvar，有功的變化率不超過200MW/s，變化幅度不超過60MW。,典型負(fù)荷,2. 兼容性估算,補(bǔ)償?shù)目紤],180Mvar的PFTCR共設(shè)置了3組，對無功和諧波進(jìn)行抑制（輔助加熱功率增加后再增加一組,三組各100MW的有功吸收裝置，采用真空開關(guān)投切的電阻方案,2. 兼容性估算,公共接入點(diǎn)的電能質(zhì)量指標(biāo)難以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足供電部門的要求。（特別是110KV進(jìn)線單獨(dú)供電） 電源系統(tǒng)只考慮極向場電源對電網(wǎng)造成的干擾發(fā)射，而且有關(guān)的諧波只計(jì)及了特征分量，有關(guān)指標(biāo)不僅超過了國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的約定，而且按電源本身設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，電網(wǎng)和電源的電磁兼容不能保證。 極向場電源對另一臺變壓器（31.5MVA）的干擾發(fā)射有可能影響連接在該電網(wǎng)上的島區(qū)其他電力用戶的裝置的工作性能 有功的沖擊可能引起系統(tǒng)的低頻振蕩，甚至危及鄰近發(fā)電機(jī)的軸系，需引起重視。 EAST的未來運(yùn)行中，隨著其負(fù)荷的增加，輔助加熱系統(tǒng)的容量的增加，裝置運(yùn)行對電網(wǎng)的干擾會更大，其與電網(wǎng)的兼容更不能保證，前述的各問題會更突出,小結(jié),3. 補(bǔ)償與濾波的方案,采用分期方案，針對EAST初期負(fù)荷相對較小，隨著放電電流的增加，輔助加熱功率的更多的投入，增加一定的補(bǔ)償容量，達(dá)到電磁兼容的目的 。 由于分兩期投資，在初期時(shí)應(yīng)兼顧下一步的工作，避免由于分期而造成的投資的不必要的增加。 對于系統(tǒng)的諧波抑制，一期時(shí)就按照總的負(fù)荷要求全部安裝到位 。 后期根據(jù)負(fù)荷的容量要求，安裝若干組投切的電容器組，以平衡系統(tǒng)的無功 對由有功沖擊引起的系統(tǒng)功率振蕩隨著負(fù)荷的增加，該問題更加突出，應(yīng)給予相當(dāng)?shù)闹匾?，必要時(shí)采取一定的措施。,設(shè)計(jì)原則,3. 補(bǔ)償與濾波的方案,初期為一套濾波兼做一定補(bǔ)償?shù)难b置，對容量優(yōu)化，基波無功補(bǔ)償量為15MVar。 根據(jù)諧波特點(diǎn)設(shè)置5、7、11、13單調(diào)諧和高通支路,初期的工程方案考慮,濾波器的參數(shù)及主電路,安裝容量是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中對濾波電容的過載能力的要求而確定的 。 根據(jù)實(shí)際情況，考慮是否需要設(shè)置一小容量的3次濾波,3. 補(bǔ)償與濾波的方案,濾波裝置的投切開關(guān),濾波器投入電網(wǎng)后，在裝置的放電間隔應(yīng)切除，以免引起過補(bǔ)償，從減少投資出發(fā)， 采用真空接觸器投切。,過零點(diǎn)合閘;（為了解決合閘時(shí)刻誤差引起的暫態(tài)，也可 考慮引入合閘電阻） 阻尼電阻的介入，抑制可能的分閘過電壓; 根據(jù)國產(chǎn)此類開關(guān)產(chǎn)品的額定電流，可將整個(gè)濾波器 分成兩支路，即5，7支路和11，13，高通支路。目前 國內(nèi)有公司能提供此類開關(guān)。,3. 補(bǔ)償與濾波的方案,濾波裝置的監(jiān)控與保護(hù),濾波裝置的控制主要有投和切的控制。 濾波器的保護(hù)和互鎖 。 濾波器投入前后的電網(wǎng)的狀態(tài)需要監(jiān)測，同時(shí)給出濾波器的工作狀態(tài)，有必要建立一套包括供電電網(wǎng)電能質(zhì)量、補(bǔ)償與濾波效果及濾波補(bǔ)償裝置工作狀態(tài)的監(jiān)測系統(tǒng)。,3. 補(bǔ)償與濾波的方案,補(bǔ)償與濾波裝置的效益分析及與電網(wǎng)的諧振分析,雙回線單獨(dú)供電,固定濾波的投入，帶來了15Mvar 的基波補(bǔ)償容量，在50MVA變壓 器的10KV母線上電壓波動降低到 78，基本滿足了極向場電源 系統(tǒng)對電網(wǎng)在電壓波動的要求。 110KVPCC的電壓波動為1.2%,3. 補(bǔ)償與濾波的方案,按目前的無功容量，總無功為45Mvar，濾波器提供15Mvar的無功，若將系統(tǒng)無 功補(bǔ)償?shù)?0Mvar，50MVA變壓器的10KV母線的電壓波動控制在3以內(nèi)，一方面 滿足了國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為EAST的負(fù)荷提供了更高的電能質(zhì)量。,后期的工程方案考慮,補(bǔ)償?shù)闹骰芈穮?shù)設(shè)計(jì)及諧振校核,5MVar 3組 10的串抗,3. 補(bǔ)償與濾波的方案,補(bǔ)償裝置的投切開關(guān) 補(bǔ)償裝置的監(jiān)控與保護(hù) 其他的考慮,復(fù)合開關(guān) 機(jī)械開關(guān),監(jiān)測可納入前期工程的監(jiān)測系統(tǒng)中 保護(hù)非常類似與前期工程中濾波器的保護(hù) 投切控制按無功的要求為判據(jù)，同時(shí)加入抑制投切振蕩的措施，限制最大的投切次數(shù),有功回潰問題必須引起足夠的重視，特別是在將來當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)較高的時(shí)候。采用電 阻耗能的方法是一種簡單可行的方法。 在經(jīng)費(fèi)允許的范圍為對無功的動態(tài)補(bǔ)償也可用TCR?？蓪ο到y(tǒng)的無功進(jìn)行平滑的控制， 對電壓波動引起的閃變能更好的解決。,4. 進(jìn)展情況,系統(tǒng)的負(fù)荷及諧波的統(tǒng)計(jì) 固定濾波及后期的補(bǔ)償裝置的參數(shù)設(shè)計(jì) 投切控制策略 系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和