1、電能質量問題分析與治理亞洲最大、世界領先的電力系統電力電子實驗室國際一流的特高壓試驗基地世界領先的電力系統仿真實驗中心世界首套750kV可控并聯電抗器（敦煌750kV可控并聯電抗器）世界首套1000kV固定串補裝置（南陽、長治1000kV固定串補裝置）世界首套500kV故障電流限制器（瓶窯500kV故障電流限制器）我國首套國產化電網大容量SVC（鞍山紅一變 SVC裝置）我國首套500kV固定串補裝置兼世界上補償容量最大的可控串補工程（伊馮500kV可控串補裝置）我國首套國產化500kV直流融冰兼SVC裝置（益陽500kV融冰兼SVC裝置）聯眾(廣州)不銹鋼有限公司160噸交流電弧爐SVC工程T

2、CR容量達200Mvar居國產工業配電網SVC容量之首動態電壓恢復器（DVR）靜止無功發生器（SVG）數十套有源濾波器（APF）10余套靜止無功補償器（SVC）100余套天津鋼管有限責任公司一期90噸交流電弧爐125Mvar SVC工程固態切換開關（SSTS）目錄1. 電能質量基本概念2. 電能質量國家標準簡介一、電能質量基本概念三、電能質量治理典型案例二、電能質量治理領域四、太陽能行業解決方案n電能質量問題的由來 隨著國民經濟的發展，用電負荷日趨復雜化和多樣化，大量具有非線性、沖擊性和不平衡特性的負荷接入電網，電能質量日趨惡化；同時，現代工商業大量使用的計算機系統、快速發展的高新技術產業對電

3、能質量的要求卻越來越高，尤其是一些電能質量敏感企業一旦發生問題，會產生很大的經濟損失。 電能質量涉及國民經濟各行各業和人民生活用電，優質的電力可以提高用電設備效率，增加使用壽命，減少電能損耗和生產損失，電能質量關系到電力可持續發展，也關系到國民經濟總體效益，是實現節約型社會的必要條件之一。電能質量基本概念電能質量基本概念n電力系統常見電磁現象 一個良好的電能應該是連續的，電源的電壓和頻率總是保持在允許范圍內，且電壓和電流具有純正的正弦波曲線。以下是電力系統中常見的電磁現象。電能質量基本概念n電能質量指標 電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、暫時過電壓和瞬態過電壓、電壓暫

4、降n電能質量指標特點空間上、時間上不斷變化需要供、用電雙方共同合作維護1. 電能質量基本概念2. 電能質量國家標準簡介4. 4. 電能質量工程治理典型案例電能質量工程治理典型案例一、電能質量基本概念三、電能質量治理典型案例二、電能質量治理領域四、太陽能行業解決方案輸配電領域1011冷軋鋼板直流電機和變頻調速電機中厚板直流電機和變頻調速電機制造棒材的整流傳動系統制造線材的整流傳動系統工業領域12制造型鋼的整流傳動系統金屬加工制造無縫鋼管的整流系統煉鋼爐（交流電弧爐、直流電弧爐、精練爐、中頻爐）工業領域13港口門機卸船機石油磕頭機石油海上平臺工業領域14其它領域u 交流電弧爐交流電弧爐 交流電弧爐

5、是利用電弧能來冶煉金交流電弧爐是利用電弧能來冶煉金屬的一種電爐，電弧爐的冶煉過程分兩屬的一種電爐，電弧爐的冶煉過程分兩個階段，即熔化期和精煉期。在熔化期，個階段，即熔化期和精煉期。在熔化期，相當多的爐內填料尚未熔化而呈塊狀固相當多的爐內填料尚未熔化而呈塊狀固體，電弧阻抗不穩定。諧波含量大體，電弧阻抗不穩定。諧波含量大. .電電弧爐的基波負序電流也弧爐的基波負序電流也較大，最大負較大，最大負序電流都發生在兩極短路時。交流電弧爐從系統吸收的有功功率、無功功率序電流都發生在兩極短路時。交流電弧爐從系統吸收的有功功率、無功功率大幅度變化，并引起電壓水平降低、電壓波動和閃變，降低了輸入電爐的有大幅度變化

6、，并引起電壓水平降低、電壓波動和閃變，降低了輸入電爐的有功功率，延長了冶煉時間，降低了鋼產量。電弧爐在整個冶煉過程中功率因功功率，延長了冶煉時間，降低了鋼產量。電弧爐在整個冶煉過程中功率因數在數在0.1-0.90.1-0.9之間變化，平均功率因數較低。之間變化，平均功率因數較低。不同負荷電能質量特點u 直流電弧爐直流電弧爐 三相負荷基本平衡，負序電流減少；三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量較少；諧波分量較少；隨著整流器相數的增加，諧波的頻譜隨著整流器相數的增加，諧波的頻譜向高次方向動；向高次方向動；產生的無功功率沖擊略為同容量交流產生的無功功率沖擊略為同容量交流電弧爐電弧爐50% ；直流

7、電弧比交流電弧更加穩定，因此直流電弧比交流電弧更加穩定，因此，直流電弧爐引起的電壓閃變很小。，直流電弧爐引起的電壓閃變很小。不同負荷電能質量特點u 礦熱爐礦熱爐 三相負荷基本平衡，負序電流減少；三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量較少；諧波分量較少；負荷波動不大，電壓波動不大。負荷波動不大，電壓波動不大。功率因數較低。功率因數較低。不同負荷電能質量特點三相負荷基本平衡，負序電流減少；三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量較電弧爐少；諧波分量較電弧爐少；負荷波動不大，電壓波動不大。負荷波動不大，電壓波動不大。功率因數較低。功率因數較低。u 精煉爐精煉爐 u 電解鋁電解鋁 三相負荷基本平衡，

8、負序電流減少；三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量較少；諧波分量較少；負荷波動不大，電壓波動不大。負荷波動不大，電壓波動不大。功率因數較低。功率因數較低。不同負荷電能質量特點u 中頻爐中頻爐 三相負荷基本平衡，負序電流減少；三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量較大；諧波分量較大；負荷波動不大，電壓波動不大。負荷波動不大，電壓波動不大。功率因數較低。功率因數較低。u軋機軋機 三相負荷基本平衡，負序電流減少；三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量較大；諧波分量較大；大型軋機負荷波動較大，電壓波動較大。小大型軋機負荷波動較大，電壓波動較大。小型軋機負荷不大，電壓波動不大。型軋機負荷不大，電

9、壓波動不大。功率因數較低。功率因數較低。不同負荷電能質量特點1. 電能質量基本概念2. 電能質量國家標準簡介一、電能質量基本概念三、電能質量治理典型方案二、電能質量治理領域四、太陽能行業解決方案電能質量治理的流程電能質量測試/評估分析計算方案設計治理設備設備安裝、調試運行電能質量測試電能質量測試設備 電能質量測試/評估電力系統仿真軟件（PSCAD）電能質量測試/評估分析計算 方案設計諧波潮流分析軟件（PSAF）治理設備-SVC靜止無功補償裝置（靜止無功補償裝置（SVCSVC） TCR型SVC主接線圖 SVC SVC是由靜止元件構成的并聯可控無是由靜止元件構成的并聯可控無功功率補償裝置，其靜止的

10、含義是相對功功率補償裝置，其靜止的含義是相對于發電機、調相器等旋轉設備而言。于發電機、調相器等旋轉設備而言。 SVC是通過改變其容性或感性等效是通過改變其容性或感性等效阻抗來調節輸出，以維持或控制系統電阻抗來調節輸出，以維持或控制系統電壓和無功功率。壓和無功功率。 SVC主要類型有：主要類型有：晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCR）型；）型；晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（TSC）型；）型；晶閘管投切電抗器（晶閘管投切電抗器（TSR）型；）型；晶閘管控制高阻抗變壓器（晶閘管控制高阻抗變壓器（TCT）型；）型；磁控電抗器（磁控電抗器（MCR）型；）型；自飽和電抗器（自飽和電抗器（SR）

11、型；）型； TCR型和型和TCR/TSC組合型組合型SVC是靜是靜止無功補償的主流。止無功補償的主流。廣泛應用于電氣化鐵路 、冶金和輸電網治理設備-SVC治理設備-SVCuTCR由晶閘管控制的并聯電抗器組成，通過控制晶閘管閥的導通角來使其有效電抗值實現連續快速變化，起調節感性無功功率的作用。u濾波器支路中串聯電抗器與電容器串聯諧振于特定諧波頻率，對特定諧波呈現低阻，實現諧波濾除功能。同時，對50Hz工頻呈現容性，在SVC系統中提供容性無功。TCRTCR單相電路原理及波形圖單相電路原理及波形圖工作原理：工作原理：裝置組成濾波電容器組濾波電容器組相控電抗器相控電抗器晶閘管閥組晶閘管閥組控制保護系統

12、控制保護系統治理設備-SVC技術指標技術指標額定電壓：額定電壓：666kV 666kV 額定頻率：額定頻率：50Hz 50Hz 額定容量：額定容量：0300MVA0300MVA 響應時間：響應時間：115 5ms ms 冷卻方式：冷卻方式：水冷水冷/ /熱管熱管 負荷功率因數：負荷功率因數：0.951 0.951 治理設備-DVR負負 載載故故 障障DVRsagUloadUdvrV系系 統統工作原理工作原理DVR（Dynamic Voltage Restorer動態電壓恢復器）是面向電力用戶的串聯型動態電能質量調節裝置。當電網發生某種電壓質量問題時，DVR會在5毫秒之內向系統注入電網正常狀態和

13、故障狀態下的電壓差，使得負載上的電壓保持恒定不變。技術指標技術指標額定電壓：額定電壓：0.3810kV 0.3810kV 額定頻率：額定頻率：50Hz 50Hz 額定容量：額定容量：04MVA04MVA 電壓總諧波畸變率：電壓總諧波畸變率：5%5% 響應時間：響應時間：5ms 5ms 補償范圍：補償范圍： 0.1-0.5p.u.0.1-0.5p.u.補償時間：補償時間：10s10s 負荷功率因數：負荷功率因數：0.51 0.51 治理設備-DVRSSTS的電氣主結構固態切換開關固態切換開關SSTSSSTS（Solid Solid Static Transfer SwitchStatic Tra

14、nsfer Switch）主）主要用來解決電壓跌落和電力短要用來解決電壓跌落和電力短時中斷的問題。在主供電源出時中斷的問題。在主供電源出現故障時快速切換至備用電源。現故障時快速切換至備用電源。治理設備-SSTS技術指標技術指標額定電壓：額定電壓：0.3810kV 0.3810kV 額定頻率：額定頻率：50Hz 50Hz 額定電流：額定電流：01000A01000A 響應時間：響應時間：10ms 10ms 治理設備-SSTSSTATCOMSTATCOM（STATic synchronous STATic synchronous COMpensatorCOMpensator，即靜止同步補償器）基于

15、，即靜止同步補償器）基于可關斷電力電子器件，是柔性交流輸電可關斷電力電子器件，是柔性交流輸電技術的主要裝置之一，它代表著現階段技術的主要裝置之一，它代表著現階段電力系統無功補償技術新的發展方向。電力系統無功補償技術新的發展方向。治理設備-STATCOM/SVG 通過控制電壓源換流器（通過控制電壓源換流器（VSC）輸出電壓）輸出電壓V2的的幅值和相角，調節裝置無功輸出。幅值和相角，調節裝置無功輸出。 STATCOM基本拓撲結構STATCOM的工作原理-無功輸出靜止同步補償器-SVG鏈式STATCOM單相換流鏈結構單相換流鏈輸出電壓波形STATCOM的工作原理-換流鏈靜止同步補償器-STATCOM

16、/SVG PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對脈沖的寬度進行調制的）控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。（含形狀和幅值）。裝置組成連接電抗器連接電抗器集裝箱成套設備集裝箱成套設備換流鏈換流鏈控制保護控制保護 技術指標技術指標額定電壓：額定電壓：335KV 335KV 額定頻率：額定頻率：50Hz 50Hz 額定容量：額定容量：0100Mvar0100Mvar 最大調節范圍：最大調節范圍：土土100Mvar100Mvar連續調節連續調

17、節 響應時間：響應時間：5ms 5ms 裝置損耗：裝置損耗：1% 1% 運行溫度：運行溫度：4040 40 40C C 治理設備-STATCOM/SVGAPF（Active Power Filter 有源濾波器）是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置。它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。治理設備-APF技術指標技術指標額定電壓：額定電壓：380690V380690V（可升壓）（可升壓） 額定頻率：額定頻率：50Hz 50Hz 單臺電流：單臺電流：300A300A 運行方式：運行方式：多臺并列運行多臺并列運行 響應時間：響應時間：5ms 0.95每爐鋼縮短冶煉時間每

18、爐鋼縮短冶煉時間6 68 8分鐘，節能分鐘，節能4.8%4.8%！v 某鋼廠120噸精煉爐SVC工程110kV治理效果案例治理后電能質量測試APF應用案例：某鋼廠變頻調速系統380V母線APFAPF補償后母線電流波形補償后母線電流波形APFAPF補償前母線電流波形補償前母線電流波形方案：在方案：在380V母線加裝了母線加裝了1組組150A APF治理后電能質量測試DVR應用案例：某衛星制造廠10kV母線方案：在方案：在10kV進線處加裝了進線處加裝了1套套DVR10kVDVR10kVDVR現場照現場照片片10kVDVR10kVDVR錄波波形錄波波形電網側電壓波形電網側電壓波形負載側電壓波形負載側電壓波形u某鋼廠鋼管生產線STATCOM解決方法解決方法測試確定補償容量測試確定補償容量動態響應速