高壓電能質量治理及實現

目錄電能質量概述電能質量治理裝置靜止無功發生器SVG應用案例第2頁2023/10/11電能質量概述第3頁2023/10/11什么是電能質量？電能質量是指配電系統中交流電能的品質。電壓質量電流質量供電質量用電質量合格的三相交流系統電能品質：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2023/10/11電能質量定義IEEE：電能質量（Powerquality）的概念是指給敏感設備提供的電力和設置的接地系統是均適合于該設備正常工作的。IEC：電能質量是指導致用戶設備故障或不能正常工作的電壓、電流、或頻率偏差.第5頁2023/10/11電能質量標準目前我國對電能質量已制定的國家標準：GB12325－1990《供電電壓允許偏差》GB/T14549-1993《公用電網諧波》GB/T15543-1995《三相電壓允許不平衡度》GB/T15945-1995《電力系統頻率允許偏差》GB12326-2000《電壓允許波動和閃變》GB/T18481-2001《電能質量暫時過電壓和瞬態過電壓》地方法規：《福建省電網諧波技術監督實施細則》；《上海市節能指導書》等；廣東、江蘇、浙江、上海等遍布全網的電能質量檢測系統。第6頁2023/10/11什么是諧波及諧波源有哪些諧波定義

諧波的定義是對周期性的非正弦電量進行傅立有葉級數分解，除了得到與電網基波相同的分量，還得到一系列大于電網基本頻率相同的分量，這部分電量稱為諧波.諧波頻率與基波的比值（n=fn/f1)稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為間諧波（Non-harmonics)或分數諧波。諧波源（三大類）電力電子裝置：電子開關型非線性設備，主要為交、直換流裝置及晶閘管構成的可控開關設備。如變頻裝置、晶閘管型直流提升機、整流裝置等。傳統非線性設備：鐵磁飽和型非線性設備，如變壓器、電抗器、旋轉電機、銀光燈等。電弧型非線性設備：煉鋼電弧爐，交流電弧焊機等。第7頁2023/10/11電力系統諧波電流（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，并且嚴重影響設備安全第8頁2023/10/11諧波的危害諧波問題是最為常見的電能質量問題。損耗大大增加，并且嚴重影響設備安全。加大線路及變壓器損耗，使電纜過熱，絕緣老化，降低變壓器額定容量–大部分應用場合（電流中諧波成分占20%以上時），諧波治理后的節電率約在5%－20%之間。嚴重影響用電設備安全（電容器、電動機、變壓器、電纜、斷路器等）諧波造成損耗的同時，還對電費計量造成較大誤差（對電力公司及對電力用戶的影響）。第9頁2023/10/11諧波的危害（續）影響電機效率和正常運行，產生震動和噪音，縮短電機壽命4％的3次諧波，異步電機壽命縮短15％；4％的5次諧波，異步電機壽命縮短8％使電容器過載發熱，加速電容器老化甚至擊穿

－導致電容器型補償不能正常運行（不能投運、易損壞、壽命縮短）造成保護裝置或斷路器誤動，導致區域性停電事故導致中性線電流過大引發故障，造成中性線發熱甚至火災誘發電網諧振－產生數倍甚至數十倍的過電壓（過電流）損壞敏感的設備使電力系統各種測量儀表產生誤差對通訊、電子類設備產生干擾第10頁2023/10/11行業狀況之一：諧波對劇場音響系統的影響劇場的諧波源除常規諧波源外，劇場諧波源有可控硅調光器、高壓弧光燈、等等。可控硅調光裝置，在移相觸發調壓過程中，將使電源波形非正弦化，造成多項奇次諧波分量較大。試驗表明，當可控硅移相調壓至半壓，并滿載輸出，此時電流波形諧波畸變最嚴重，達62％左右，三相零序電流疊加，為相線電流的1.86倍左右。諧波造成的危害對音響系統施以干擾。當含有諧波的電源向音響設備供電時，勢必造成危害，嚴重破壞音響系統的放音音質，使音響系統發出明顯“吱吱”聲。構成對可控硅觸發電路的相互干擾，影響調光系統的正常工作。其他：供電安全性降低、諧波損耗增加。措施與建議：設法以“干凈”的電源向音響設備供電，減弱諧波對電聲、弱電系統干擾，保證系統正常工作。采用有源電力濾波器：濾波能力強、適應能力強第11頁2023/10/11行業狀況之二：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供給電源的各種電器設備，在市政生活和企事業單位應用十分廣泛，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，會產生諧波電流，主要有電視機、各種節能燈、計算機、電冰箱、洗衣機、微波爐、電磁爐、激光打印機、充電器、各種醫療和科研用的儀器和設備、調速驅動，例如空調用壓縮機、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，雖然其單臺容量不是非常大，但數量極為龐大且分布很廣、工作同時性強，它們產生的諧波已成為配電網諧波污染的主要來源。電能質量的下降嚴重影響著供、用電設備的安全經濟運行，降低了人民的生活質量。第12頁2023/10/11行業狀況之二：某大樓實測的供電電壓諧波含量第13頁2023/10/11行業狀況之三：電鐵引起的諧波電鐵機車是單相大功率整流負荷，其用電會產生大量的諧波與負序，如不能在電鐵牽引變電站得到及時治理，將注入電力系統，影響全網，波及用戶。電鐵機車沿鐵路移動用電，加劇問題的嚴重性，產生的危害性遠比其他任何諧波源設備更為嚴重。據不完全統計，自電鐵投運三十多年以來，電鐵諧波與負序已引發過200MW發電機跳閘，山西、河南、貴州等電網大面積停電或系統解列，電網產生局部諧振，發電機轉子損壞，繼電保護非正常頻繁啟動，用戶電動機和電容器大量燒壞，小火電廠不能就近并網等一系列的危害，使社會、電力部門和用戶蒙受了巨大的經濟損失。隨著電鐵運量的增加和電鐵向東部發達地區擴展，產生的危害將會更加嚴重。目前，各級電力部門對此高度重視。第14頁2023/10/11行業狀況之四：工業用戶工業用戶中含有各類諧波源，最常見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2023/10/11什么是無功？有功功率P（kW）；無功功率Q（kvar）；視在功率S（kVA）；無功功率就是電路中感性元件（或容性元件）中的電磁場能（或電場能）與電路中的電能相互轉化所需的功率，用來在電氣設備中建立和維持磁場，完成電磁能量的相互轉換，不對外做功。第16頁2023/10/11無功補償意義提高設備利用率；降低設備和線路損耗；減少線路和變壓器電壓降；第17頁2023/10/11無功補償發展第18頁慢速無功第一代無功補償機械式投切裝置MSC晶閘管投切裝置TCR，MCR，TSC第二代無功補償基于電壓源換流器SVG/STATCOM第三代無功補償快速無功補償2023/10/11電能質量治理裝置第19頁2023/10/11基于TCR的SVC第20頁2023/10/11基于TCR的SVCTCR產生諧波，必須配備濾波器組（通常3－4組）濾除自身諧波及提升機等設備諧波。導致：占地面積增加諧波損耗增加對系統內其他設備安全的影響（諧波電壓放大）第21頁2023/10/11基于TCR的SVC－TCR產生大量諧波電流第22頁2023/10/11基于MCR的SVC第23頁2023/10/11基于MCR的SVCMCR自身產生諧波，也必須配備濾波器組才能濾除自身諧波和提升機等背景諧波。噪音達到90dBMCR運行損耗達到1.5%~2.0%對系統內其他設備安全的影響（諧波電壓放大）第24頁2023/10/11MCR的諧波特性第25頁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2023/10/11可控硅投切電容器；有級調節——過補和欠補；電容器反復投切，壽命有限；德國最好20萬次；背景諧波解決不了，影響自身運行；基于TSC的SVC第27頁2023/10/11靜止無功發生器SVG第28頁2023/10/11SVG工作原理第29頁2023/10/11SVG裝置構成第30頁2023/10/11優勢一：響應速度快第31頁2023/10/11補償效果與補償容量和響應時間曲線響應時間<5msSVG響應速度快(<5ms)，SVC響應速度(40ms-60ms）SVG中采用的IGBT2us開關一次，SVC/MCR中的可控硅10ms開關一次實際測試結果－動態無功補償及電壓控制效果第32頁2023/10/11負荷電流SVG無功補償電流A相C相A相C相SVG補償電流隨負荷電流變化而快速動態變化！優勢二：

低電壓特性好第33頁2023/10/11SVCSVGSVG的低壓特性好，是恒定的電流源，系統電壓降低時，仍能輸出額定無功電流，而且具備很強的過載能力。SVC阻抗特性，輸出能力線性降低，系統電壓降低時，輸出無功電流成比例降低，不具備過載能力。優勢三：諧波特性好第34頁2023/10/11鏈式SVG實驗結果第35頁2023/10/11輸出電壓輸出電流，電流畸變率1.9%優勢四：有源濾波第36頁電流諧波次數負荷電流含量系統電流含量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電流負荷電流SVG補償電流頻譜分析2023/10/11優勢五：占地面積小第37頁2023/10/11SVG無需并聯濾波器組，占地面積大大減少優勢六：可靠性高，維護量小可靠性高，維護量小：滿足IGBT功率模塊N-1運行方式冗余主電路拓撲結構，每相一個鏈節單元損壞后仍可繼續滿負荷運行可控電流源型，對系統參數不敏感，不會發生諧振或諧波電壓放大，根據系統需要，可以方便地消除系統諧波電流，起到抑制諧振的效果。第38頁2023/10/11小結第39頁2023/10/11基于SVG補償技術先進，是最新動態無功補償與諧波治理方案無功動態補償，不產生諧波而且能補償13次以下諧波，使固定電容支路的設計大大簡單，避免諧波放大，使系統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用的IGBT，此外每相具備冗余模塊自然風冷，平時免維護；模塊化結構，如出現模塊故障，可冗余運行，檢修時直接更換模塊思源清能與清華大學合作研制，技術實力與公司實力居全國領先地位。目前已在煤礦、電力、冶金、風電、鐵路等多個領域應用。SVG應用案例第40頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用案例：某煤礦無功補償與諧波治理第41頁成套裝置由兩部分構成：SVG補償裝置（±3Mvar）：成套裝置實現動態補償功能的主體，可實現無功動態補償、諧波動態跟蹤濾除。高壓電容補償裝置：串聯電抗器的高壓電容器補償支路，主要功能是提供固定容量的容性無功，將電容補償支路設計成固定的諧波濾波支路，使其與SVG裝置優勢互補，整體性能價格比達到最優。2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用第42頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用±3Mvar的SVG+3Mvar的FC動態補償效果：0~6Mvar案例±5Mvar的SVG+5Mvar的FC,動態補償效果：0~10Mvar第43頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用應用案例（二）

±5Mvar的SVG+5Mvar的FC,動態補償效果：0~10Mvar第44頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用同容量SVC的對比尺寸第45頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用7.8m×42m328m2SVG其它應用案例第46頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用其它案例：用于電力輸電網負荷中心電壓控制第47頁思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用2023/10/11上海±50MVarSVC++（STATCOM）裝置平面布置圖第48頁思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用2023/10/11控制屏與閥廳第49頁2023/10/11思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用2023/10/11上海電力公司經濟效益分析220kV變電站最低電壓平均升高5.79%，穩態電壓升高2.03%；在事故狀態下，少甩負荷120MW；線損率降低5%，每月平均節損120萬度第50頁2023/10/11第50頁思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用案例：用于鋼廠的軋機系統穩定了系統母線電壓，滿足了生產需要，大大節約了系統無功損耗。10kV電壓波動范圍從安裝前的1.3kV降低到0.2kV。避免了SVC等阻抗型補償裝置帶來的系統諧振或者諧波放大等問題，極大的提高了系統的安全性。第51頁思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用2023/10/11組裝生產過程中的SVG功率模塊第52頁思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用2023/10/11高壓大功率的檢測專利技術對充實驗——功率模塊驗證一次性檢測多個模塊第53頁思源清能產品介紹：SVC++在煤礦應用2023/10/11國內實力最強大的SVG/APF設備提供商第