EAST補償與濾波new

1、陶 駿2004.7 EAST的負荷 EAST的負荷與高壓電網(wǎng)的兼容性估算 補償與濾波的方案 進展情況 進一步的工作 初步的工程預算及其他高壓供電電網(wǎng)高壓供電電網(wǎng)極向場等負荷補償與濾波50MVA31.5MVA10KV110KVPCC 114km其他負荷110KVPCC 210KVA1B1A2B2C1C2暫不考慮兩臺主變在10KV側的并列運行，各點的短路容量 (110KV PCC 2 的短路容量在目前達不到1980MVA）雙回線單獨供電A1： 1980MVAB1： 1046MVAC1： 327MVAA2： 1980MVAB2： 1046MVAC2： 235MVA負荷估算原則負荷估算原則 主要來自于

2、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果（2003.2 吳維越報告給出）極向場電源系統(tǒng)按兩種可能的工作模式考慮（12脈沖最小無功運行方式和12脈 沖等觸發(fā)角運行方式）目前只有雙零位形的典型電流，對于單零位形下的負荷，參考雙零（極向場電 源按6脈沖運行)給出大致的結果幾種典型波形下的負荷幾種典型波形下的負荷 1 雙零位形下的負荷（極向場電源按最小無功運行方式）0510152025-15000-10000-500005000100001500020000*50KATime(s)0510152025-20000000-15000000-10000000-5

3、00000005000000100000001500000020000000250000003000000035000000VA,VAR,WTime(s)0510152025050100150200250300350A(5,7,11,13)Time(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000KATime(s)0510152025-20000000-15000000-10000000-500000005000000100000001500000020000000250000003000000035000000VA,W,VARTime(s)

4、B0510152025050100150200250300350A(5,7,11,13)Time(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000ATime(s)0510152025-20000000-15000000-10000000-5000000050000001000000015000000200000002500000030000000W,VAR,VATime(s)051015202530050100150200250300350A(5,7,11,13)Time(s) 大拉長： 大體積： 圓截面： 2 雙零位形下的負荷（極向場電源按等

5、觸發(fā)角運行方式）0510152025-15000-10000-500005000100001500020000*50KATime(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000KATime(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000ATime(s) 大拉長： 大體積： 圓截面：0510152025-20000000-15000000-10000000-500000005000000100000001500000020000000250000003000000035000000400000

6、0045000000W,VA,VARTime(s)0510152025050100150200250A(5,7,11,13)Time(s)051015202530-20000000-15000000-10000000-5000000050000001000000015000000200000002500000030000000350000004000000045000000W,Var,VATime(s)0510152025050100150200250A(5,7,11,13)Time(s)0510152025-20000000-15000000-10000000-500000005000000

7、10000000150000002000000025000000300000003500000040000000W,Var,VATime(s)0510152025050100150200250A(5,7,11,13)Time(s) 3 單零位形下的負荷根據(jù)目前的設計資料，尚未給出單零運行的典型波形，此時極向場電源應該按6脈沖運行，其負荷與12脈沖中串聯(lián)雙橋等觸發(fā)角運行的情況是大致的，上述的負荷功率仍適用。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。諧波估計應該在獲得典型波形后進行，可獲得較接近實際的數(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，

8、可以適用。由于未來放電的波形的不確定性以及由此導致的電源系統(tǒng)運行方式的不確定性，對系統(tǒng)的負荷及諧波只能給出一個估計值，并留有一定的裕量，以此作為負荷統(tǒng)計和濾波及補償裝置的設計標準。參考幾種典型波形及不同的極向場電源的運行模式，按下面的數(shù)值考慮系統(tǒng)負荷和諧波： 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負荷統(tǒng)計負荷統(tǒng)計 EAST對電網(wǎng)的干擾對電網(wǎng)的干擾 57111317192325THD10KV(50MVA的母線)6.66.19.710.33.72.

9、11.51.117.4110KV PCC (1)1.31.21.82.00.70.40.30.23.3極向場等負荷補償與濾波50MVA31.5MVA10KV110KVPCC 114km其他負荷110KVPCC 210KV各次諧波的最大值幾乎發(fā)生在同一時刻，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 110KV PCC的考核的考核 110KV PCC的諧波和無功是電力部門評價考核的對象雙回線單獨供電 根據(jù)國家標準“電能質量 公共電網(wǎng)的諧波”，在110KV PCC處電網(wǎng)的諧波因數(shù)應控制在2.0%，其中奇次應控制在1.6%，偶次控制在0.8%以內，在PCC處，EAST的諧波因素在110K

10、V PCC處也超標已經(jīng)超標（奇次達到了3.3%;IEC100036“中壓和高壓電力系統(tǒng)中畸變負荷發(fā)射限值的評估”（有相應的國家標準）中也提出了在110KV公共接入點的諧波電壓規(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)射按照國家標準的2的電壓畸變率的要求更為合理。根據(jù)國家標準“電能質量 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。 10KV 的考核的考核 雖不是供電部門考核對象，諧波和無功關系到電源和EAST的其他系統(tǒng)的的安全可靠運行。極向場電源與電網(wǎng)的相互干擾無功和諧

11、波 1 保證變流器的抗干擾能力高于電網(wǎng)的擾動，這樣才能保證整個系統(tǒng)安全可靠運行 2 極向場電源的設計說明中提出了變流器的抗擾等級為B，參照國家標準“半導體電力變流器與電網(wǎng)相互干擾及其防護方法導則”，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控制在-1010。 在極向場電源的設計說明中給出的變流器的運行電壓范圍是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 當變流器受擾類別為F級時，對抗擾等級為B的變流器在10KV網(wǎng)側的總的諧波畸變控制在10以內，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的結果，已經(jīng)超標，某些單次諧波

12、因數(shù)也超標，如11次，13次，5次和7次在標準的限值附近。 4 為了保證接入的用戶的正常工作，負荷的畸變發(fā)射的約定小于6.5%以內（諧波電壓 的規(guī)劃水平，IEC標準，國家標準） 5 10KV系統(tǒng)中的電壓畸變應小于5（國家標準） 6 國家標準“電能質量 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，實際中此時的電源的工作性能已經(jīng)下降了，為了進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（補償

13、與濾波），減小接入電網(wǎng)的負荷的干擾發(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（國家相關標準，變流器運行要求） 7%極向場電源對其他負荷的影響 31.5MVA 變壓器的10KV母線上的比較敏感的負荷受由極向場電源傳遞的干擾，有可能影響其負荷的正常運行。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 接入點距離發(fā)電機很近，有功的突變對發(fā)電機組軸系的影響需考慮 4 需要有詳細的電網(wǎng)結構和參數(shù)，

14、系統(tǒng)的原動機的調節(jié)系統(tǒng)，發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制器的參數(shù)等(嚴格的說，供電部門應該約定有功的變化的限值和變化率的限值） ITER在這方面的考慮在這方面的考慮 電網(wǎng)及負荷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。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。 典型負荷 補償?shù)目紤]180Mvar的PFTCR共設置了3組，對無功和諧波進行抑制（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，采用真空開關投切的電阻方案公共接入點的電能質量指標難以滿足國家標準，難以滿足供

15、電部門的要求。（特別是110KV進線單獨供電）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，而且有關的諧波只計及了特征分量，有關指標不僅超過了國家標準和IEC的有關標準的約定，而且按電源本身設計的技術要求，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)電機的軸系，需引起重視。EAST的未來運行中，隨著其負荷的增加，輔助加熱系統(tǒng)的容量的增加，裝置運行對電網(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 小結小結 采用分期方案，針對EAST初期

16、負荷相對較小，隨著放電電流的增加，輔助加熱功率的更多的投入，增加一定的補償容量，達到電磁兼容的目的 。由于分兩期投資，在初期時應兼顧下一步的工作，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，一期時就按照總的負荷要求全部安裝到位 。后期根據(jù)負荷的容量要求，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)功率振蕩隨著負荷的增加，該問題更加突出，應給予相當?shù)闹匾?，必要時采取一定的措施。 設計原則設計原則 初期為一套濾波兼做一定補償?shù)难b置，對容量優(yōu)化，基波無功補償量為15MVar。根據(jù)諧波特點設置5、7、11、13單調諧和高通支路 初期的工程方案考慮初期的工程方案考

17、慮 濾波器的參數(shù)及主電路C5L5R5C7L7R7C11L11R11C13L13R13ChLhRhC(uF）L(mH)R(ohm)基波容量(Kvar)安裝容量(Kvar)電容額定電壓(KV)5149.52.712170540068006.9791.762.253198320044007.11168.171.228170240046008.51356.891.054172200043008.9HPF57.7493.683.67200018005.8-1500022000-安裝容量是根據(jù)國家標準中對濾波電容的過載能力的要求而確定的 。根據(jù)實際情況，考慮是否需要設置一小容量的3次濾波 濾波裝置的投切開

18、關 濾波器投入電網(wǎng)后，在裝置的放電間隔應切除，以免引起過補償，從減少投資出發(fā)，采用真空接觸器投切。S1S2S3S4R過零點合閘;（為了解決合閘時刻誤差引起的暫態(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)此類開關產(chǎn)品的額定電流，可將整個濾波器分成兩支路，即5，7支路和11，13，高通支路。目前國內有公司能提供此類開關。濾波裝置的監(jiān)控與保護 濾波裝置的控制主要有投和切的控制。濾波器的保護和互鎖 。 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)電能質量、補償與濾波效果及濾波補償裝置工作狀態(tài)的監(jiān)測系統(tǒng)。 補償與濾波裝置的效益分析

19、及與電網(wǎng)的諧振分析 雙回線單獨供電 57111317192325THD10KV(50MVA的母線)0.70.50.40.40.090.050.040.031.6 110KV PCC0.10.10.080.080.020.010.010.010.3固定濾波的投入，帶來了15Mvar的基波補償容量，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%0123456789101112131415161718192021222324252627282930048121620200.04Ksv301hv 按目前的無功容

20、量，總無功為45Mvar，濾波器提供15Mvar的無功，若將系統(tǒng)無功補償?shù)?0Mvar，50MVA變壓器的10KV母線的電壓波動控制在3以內，一方面滿足了國家有關標準，同時也為EAST的負荷提供了更高的電能質量。后期的工程方案考慮后期的工程方案考慮 補償?shù)闹骰芈穮?shù)設計及諧振校核 5MVar 3組10的串抗0123456789101112131415161718192021222324252627282930036912151821242730301.004 103KRLsv301hvKLsvhv0123456789101112131415161718192021222324252627282930036912151821242730305.013 104KRLsv301hvKLsvhv0123456789101112131415161718192021222324252627282930036912151821242730303.341 104KRLsv301hvKLsvhv補償裝置的投切開關補償裝置的監(jiān)控與保護 其他的考慮復合開關機械開關 監(jiān)測可納入前期工程的監(jiān)測系統(tǒng)中 保護非常類似與前期工程中濾波器的保護 投切控制按無功的要求為判據(jù)，