高壓電能質(zhì)量治理及實(shí)現(xiàn)

高壓電能質(zhì)量治理及實(shí)現(xiàn)

目錄電能質(zhì)量概述電能質(zhì)量治理裝置靜止無(wú)功發(fā)生器SVG應(yīng)用案例第2頁(yè)2023/10/11電能質(zhì)量概述第3頁(yè)2023/10/11什么是電能質(zhì)量？電能質(zhì)量是指配電系統(tǒng)中交流電能的品質(zhì)。電壓質(zhì)量電流質(zhì)量供電質(zhì)量用電質(zhì)量合格的三相交流系統(tǒng)電能品質(zhì)：電壓頻率波形三相不平衡理想的電壓/電流波形如上圖所示第4頁(yè)2023/10/11電能質(zhì)量定義IEEE：電能質(zhì)量（Powerquality）的概念是指給敏感設(shè)備提供的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)是均適合于該設(shè)備正常工作的。IEC：電能質(zhì)量是指導(dǎo)致用戶(hù)設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流、或頻率偏差.第5頁(yè)2023/10/11電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)目前我國(guó)對(duì)電能質(zhì)量已制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB12325－1990《供電電壓允許偏差》GB/T14549-1993《公用電網(wǎng)諧波》GB/T15543-1995《三相電壓允許不平衡度》GB/T15945-1995《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》GB12326-2000《電壓允許波動(dòng)和閃變》GB/T18481-2001《電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》地方法規(guī)：《福建省電網(wǎng)諧波技術(shù)監(jiān)督實(shí)施細(xì)則》；《上海市節(jié)能指導(dǎo)書(shū)》等；廣東、江蘇、浙江、上海等遍布全網(wǎng)的電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。第6頁(yè)2023/10/11什么是諧波及諧波源有哪些諧波定義

諧波的定義是對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅立有葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基本頻率相同的分量，這部分電量稱(chēng)為諧波.諧波頻率與基波的比值（n=fn/f1)稱(chēng)為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時(shí)也存在非整數(shù)倍諧波，稱(chēng)為間諧波（Non-harmonics)或分?jǐn)?shù)諧波。諧波源（三大類(lèi)）電力電子裝置：電子開(kāi)關(guān)型非線性設(shè)備，主要為交、直換流裝置及晶閘管構(gòu)成的可控開(kāi)關(guān)設(shè)備。如變頻裝置、晶閘管型直流提升機(jī)、整流裝置等。傳統(tǒng)非線性設(shè)備：鐵磁飽和型非線性設(shè)備，如變壓器、電抗器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、銀光燈等。電弧型非線性設(shè)備：煉鋼電弧爐，交流電弧焊機(jī)等。第7頁(yè)2023/10/11電力系統(tǒng)諧波電流（或電壓）波形為非正弦，含有基波以外的成分如圖所示電流中含有3、5、7等次諧波損耗大大增加，并且嚴(yán)重影響設(shè)備安全第8頁(yè)2023/10/11諧波的危害諧波問(wèn)題是最為常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題。損耗大大增加，并且嚴(yán)重影響設(shè)備安全。加大線路及變壓器損耗，使電纜過(guò)熱，絕緣老化，降低變壓器額定容量–大部分應(yīng)用場(chǎng)合（電流中諧波成分占20%以上時(shí)），諧波治理后的節(jié)電率約在5%－20%之間。嚴(yán)重影響用電設(shè)備安全（電容器、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電纜、斷路器等）諧波造成損耗的同時(shí)，還對(duì)電費(fèi)計(jì)量造成較大誤差（對(duì)電力公司及對(duì)電力用戶(hù)的影響）。第9頁(yè)2023/10/11諧波的危害（續(xù)）影響電機(jī)效率和正常運(yùn)行，產(chǎn)生震動(dòng)和噪音，縮短電機(jī)壽命4％的3次諧波，異步電機(jī)壽命縮短15％；4％的5次諧波，異步電機(jī)壽命縮短8％使電容器過(guò)載發(fā)熱，加速電容器老化甚至擊穿

－導(dǎo)致電容器型補(bǔ)償不能正常運(yùn)行（不能投運(yùn)、易損壞、壽命縮短）造成保護(hù)裝置或斷路器誤動(dòng)，導(dǎo)致區(qū)域性停電事故導(dǎo)致中性線電流過(guò)大引發(fā)故障，造成中性線發(fā)熱甚至火災(zāi)誘發(fā)電網(wǎng)諧振－產(chǎn)生數(shù)倍甚至數(shù)十倍的過(guò)電壓（過(guò)電流）損壞敏感的設(shè)備使電力系統(tǒng)各種測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生誤差對(duì)通訊、電子類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生干擾第10頁(yè)2023/10/11行業(yè)狀況之一：諧波對(duì)劇場(chǎng)音響系統(tǒng)的影響劇場(chǎng)的諧波源除常規(guī)諧波源外，劇場(chǎng)諧波源有可控硅調(diào)光器、高壓弧光燈、等等。可控硅調(diào)光裝置，在移相觸發(fā)調(diào)壓過(guò)程中，將使電源波形非正弦化，造成多項(xiàng)奇次諧波分量較大。試驗(yàn)表明，當(dāng)可控硅移相調(diào)壓至半壓，并滿(mǎn)載輸出，此時(shí)電流波形諧波畸變最嚴(yán)重，達(dá)62％左右，三相零序電流疊加，為相線電流的1.86倍左右。諧波造成的危害對(duì)音響系統(tǒng)施以干擾。當(dāng)含有諧波的電源向音響設(shè)備供電時(shí)，勢(shì)必造成危害，嚴(yán)重破壞音響系統(tǒng)的放音音質(zhì)，使音響系統(tǒng)發(fā)出明顯“吱吱”聲。構(gòu)成對(duì)可控硅觸發(fā)電路的相互干擾，影響調(diào)光系統(tǒng)的正常工作。其他：供電安全性降低、諧波損耗增加。措施與建議：設(shè)法以“干凈”的電源向音響設(shè)備供電，減弱諧波對(duì)電聲、弱電系統(tǒng)干擾，保證系統(tǒng)正常工作。采用有源電力濾波器：濾波能力強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)第11頁(yè)2023/10/11行業(yè)狀況之二：樓宇大廈的諧波樓宇大廈，包括民用建筑中包含大量諧波源由低壓電網(wǎng)供給電源的各種電器設(shè)備，在市政生活和企事業(yè)單位應(yīng)用十分廣泛，在這些以家用電器為主的低壓電器中，絕大部分含有大量非線性元件，會(huì)產(chǎn)生諧波電流，主要有電視機(jī)、各種節(jié)能燈、計(jì)算機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐、電磁爐、激光打印機(jī)、充電器、各種醫(yī)療和科研用的儀器和設(shè)備、調(diào)速驅(qū)動(dòng)，例如空調(diào)用壓縮機(jī)、高層建筑用的大型電梯等，它們大都是用晶閘管、小功率的整流裝置等電力電子元件，雖然其單臺(tái)容量不是非常大，但數(shù)量極為龐大且分布很廣、工作同時(shí)性強(qiáng)，它們產(chǎn)生的諧波已成為配電網(wǎng)諧波污染的主要來(lái)源。電能質(zhì)量的下降嚴(yán)重影響著供、用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低了人民的生活質(zhì)量。第12頁(yè)2023/10/11行業(yè)狀況之二：某大樓實(shí)測(cè)的供電電壓諧波含量第13頁(yè)2023/10/11行業(yè)狀況之三：電鐵引起的諧波電鐵機(jī)車(chē)是單相大功率整流負(fù)荷，其用電會(huì)產(chǎn)生大量的諧波與負(fù)序，如不能在電鐵牽引變電站得到及時(shí)治理，將注入電力系統(tǒng)，影響全網(wǎng)，波及用戶(hù)。電鐵機(jī)車(chē)沿鐵路移動(dòng)用電，加劇問(wèn)題的嚴(yán)重性，產(chǎn)生的危害性遠(yuǎn)比其他任何諧波源設(shè)備更為嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自電鐵投運(yùn)三十多年以來(lái)，電鐵諧波與負(fù)序已引發(fā)過(guò)200MW發(fā)電機(jī)跳閘，山西、河南、貴州等電網(wǎng)大面積停電或系統(tǒng)解列，電網(wǎng)產(chǎn)生局部諧振，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子損壞，繼電保護(hù)非正常頻繁啟動(dòng)，用戶(hù)電動(dòng)機(jī)和電容器大量燒壞，小火電廠不能就近并網(wǎng)等一系列的危害，使社會(huì)、電力部門(mén)和用戶(hù)蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著電鐵運(yùn)量的增加和電鐵向東部發(fā)達(dá)地區(qū)擴(kuò)展，產(chǎn)生的危害將會(huì)更加嚴(yán)重。目前，各級(jí)電力部門(mén)對(duì)此高度重視。第14頁(yè)2023/10/11行業(yè)狀況之四：工業(yè)用戶(hù)工業(yè)用戶(hù)中含有各類(lèi)諧波源，最常見(jiàn)的低壓變頻器引起的諧波電流水泵配套的低壓變頻器電流中含大量諧波第15頁(yè)2023/10/11什么是無(wú)功？有功功率P（kW）；無(wú)功功率Q（kvar）；視在功率S（kVA）；無(wú)功功率就是電路中感性元件（或容性元件）中的電磁場(chǎng)能（或電場(chǎng)能）與電路中的電能相互轉(zhuǎn)化所需的功率，用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)，完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，不對(duì)外做功。第16頁(yè)2023/10/11無(wú)功補(bǔ)償意義提高設(shè)備利用率；降低設(shè)備和線路損耗；減少線路和變壓器電壓降；第17頁(yè)2023/10/11無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展第18頁(yè)慢速無(wú)功第一代無(wú)功補(bǔ)償機(jī)械式投切裝置MSC晶閘管投切裝置TCR，MCR，TSC第二代無(wú)功補(bǔ)償基于電壓源換流器SVG/STATCOM第三代無(wú)功補(bǔ)償快速無(wú)功補(bǔ)償2023/10/11電能質(zhì)量治理裝置第19頁(yè)2023/10/11基于TCR的SVC第20頁(yè)2023/10/11基于TCR的SVCTCR產(chǎn)生諧波，必須配備濾波器組（通常3－4組）濾除自身諧波及提升機(jī)等設(shè)備諧波。導(dǎo)致：占地面積增加諧波損耗增加對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備安全的影響（諧波電壓放大）第21頁(yè)2023/10/11基于TCR的SVC－TCR產(chǎn)生大量諧波電流第22頁(yè)2023/10/11基于MCR的SVC第23頁(yè)2023/10/11基于MCR的SVCMCR自身產(chǎn)生諧波，也必須配備濾波器組才能濾除自身諧波和提升機(jī)等背景諧波。噪音達(dá)到90dBMCR運(yùn)行損耗達(dá)到1.5%~2.0%對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備安全的影響（諧波電壓放大）第24頁(yè)2023/10/11MCR的諧波特性第25頁(yè)2023/10/11電流THD為15.75%37.5151.0573.1992.86114.07133.69173.04293.74基于TSC的SVC第26頁(yè)2023/10/11可控硅投切電容器；有級(jí)調(diào)節(jié)——過(guò)補(bǔ)和欠補(bǔ)；電容器反復(fù)投切，壽命有限；德國(guó)最好20萬(wàn)次；背景諧波解決不了，影響自身運(yùn)行；基于TSC的SVC第27頁(yè)2023/10/11靜止無(wú)功發(fā)生器SVG第28頁(yè)2023/10/11SVG工作原理第29頁(yè)2023/10/11SVG裝置構(gòu)成第30頁(yè)2023/10/11優(yōu)勢(shì)一：響應(yīng)速度快第31頁(yè)2023/10/11補(bǔ)償效果與補(bǔ)償容量和響應(yīng)時(shí)間曲線響應(yīng)時(shí)間<5msSVG響應(yīng)速度快(<5ms)，SVC響應(yīng)速度(40ms-60ms）SVG中采用的IGBT2us開(kāi)關(guān)一次，SVC/MCR中的可控硅10ms開(kāi)關(guān)一次實(shí)際測(cè)試結(jié)果－動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及電壓控制效果第32頁(yè)2023/10/11負(fù)荷電流SVG無(wú)功補(bǔ)償電流A相C相A相C相SVG補(bǔ)償電流隨負(fù)荷電流變化而快速動(dòng)態(tài)變化！優(yōu)勢(shì)二：

低電壓特性好第33頁(yè)2023/10/11SVCSVGSVG的低壓特性好，是恒定的電流源，系統(tǒng)電壓降低時(shí)，仍能輸出額定無(wú)功電流，而且具備很強(qiáng)的過(guò)載能力。SVC阻抗特性，輸出能力線性降低，系統(tǒng)電壓降低時(shí)，輸出無(wú)功電流成比例降低，不具備過(guò)載能力。優(yōu)勢(shì)三：諧波特性好第34頁(yè)2023/10/11鏈?zhǔn)絊VG實(shí)驗(yàn)結(jié)果第35頁(yè)2023/10/11輸出電壓輸出電流，電流畸變率1.9%優(yōu)勢(shì)四：有源濾波第36頁(yè)電流諧波次數(shù)負(fù)荷電流含量系統(tǒng)電流含量512.5%2.0%710%1.0%115%0.5%135%1.5%有效濾除特定次諧波電流，不引起其它次諧波放大母線電壓系統(tǒng)電流負(fù)荷電流SVG補(bǔ)償電流頻譜分析2023/10/11優(yōu)勢(shì)五：占地面積小第37頁(yè)2023/10/11SVG無(wú)需并聯(lián)濾波器組，占地面積大大減少優(yōu)勢(shì)六：可靠性高，維護(hù)量小可靠性高，維護(hù)量小：滿(mǎn)足IGBT功率模塊N-1運(yùn)行方式冗余主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每相一個(gè)鏈節(jié)單元損壞后仍可繼續(xù)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行可控電流源型，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，不會(huì)發(fā)生諧振或諧波電壓放大，根據(jù)系統(tǒng)需要，可以方便地消除系統(tǒng)諧波電流，起到抑制諧振的效果。第38頁(yè)2023/10/11小結(jié)第39頁(yè)2023/10/11基于SVG補(bǔ)償技術(shù)先進(jìn)，是最新動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理方案無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，不產(chǎn)生諧波而且能補(bǔ)償13次以下諧波，使固定電容支路的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)單，避免諧波放大，使系統(tǒng)安全性大大提高裝置自身可靠性高，采用目前最為成熟普遍應(yīng)用的IGBT，此外每相具備冗余模塊自然風(fēng)冷，平時(shí)免維護(hù)；模塊化結(jié)構(gòu)，如出現(xiàn)模塊故障，可冗余運(yùn)行，檢修時(shí)直接更換模塊思源清能與清華大學(xué)合作研制，技術(shù)實(shí)力與公司實(shí)力居全國(guó)領(lǐng)先地位。目前已在煤礦、電力、冶金、風(fēng)電、鐵路等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。SVG應(yīng)用案例第40頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用案例：某煤礦無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理第41頁(yè)成套裝置由兩部分構(gòu)成：SVG補(bǔ)償裝置（±3Mvar）：成套裝置實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的主體，可實(shí)現(xiàn)無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、諧波動(dòng)態(tài)跟蹤濾除。高壓電容補(bǔ)償裝置：串聯(lián)電抗器的高壓電容器補(bǔ)償支路，主要功能是提供固定容量的容性無(wú)功，將電容補(bǔ)償支路設(shè)計(jì)成固定的諧波濾波支路，使其與SVG裝置優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，整體性能價(jià)格比達(dá)到最優(yōu)。2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用第42頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用±3Mvar的SVG+3Mvar的FC動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果：0~6Mvar案例±5Mvar的SVG+5Mvar的FC,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果：0~10Mvar第43頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用應(yīng)用案例（二）

±5Mvar的SVG+5Mvar的FC,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果：0~10Mvar第44頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用同容量SVC的對(duì)比尺寸第45頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用7.8m×42m328m2SVG其它應(yīng)用案例第46頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用其它案例：用于電力輸電網(wǎng)負(fù)荷中心電壓控制第47頁(yè)思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用2023/10/11上海±50MVarSVC++（STATCOM）裝置平面布置圖第48頁(yè)思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用2023/10/11控制屏與閥廳第49頁(yè)2023/10/11思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用2023/10/11上海電力公司經(jīng)濟(jì)效益分析220kV變電站最低電壓平均升高5.79%，穩(wěn)態(tài)電壓升高2.03%；在事故狀態(tài)下，少甩負(fù)荷120MW；線損率降低5%，每月平均節(jié)損120萬(wàn)度第50頁(yè)2023/10/11第50頁(yè)思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用案例：用于鋼廠的軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定了系統(tǒng)母線電壓，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要，大大節(jié)約了系統(tǒng)無(wú)功損耗。10kV電壓波動(dòng)范圍從安裝前的1.3kV降低到0.2kV。避免了SVC等阻抗型補(bǔ)償裝置帶來(lái)的系統(tǒng)諧振或者諧波放大等問(wèn)題，極大的提高了系統(tǒng)的安全性。第51頁(yè)思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用2023/10/11組裝生產(chǎn)過(guò)程中的SVG功率模塊第52頁(yè)思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用2023/10/11高壓大功率的檢測(cè)專(zhuān)利技術(shù)對(duì)充實(shí)驗(yàn)——功率模塊驗(yàn)證一次性檢測(cè)多個(gè)模塊第53頁(yè)思源清能產(chǎn)品介紹：SVC++在煤礦應(yīng)用2023/10/11國(guó)內(nèi)實(shí)力最強(qiáng)大的SVG/APF設(shè)備提供商第