EAST補(bǔ)償與濾波newppt課件

1、陶 駿2019.7 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)算及其他高壓供電電網(wǎng)高壓供電電網(wǎng)極向場(chǎng)等負(fù)荷補(bǔ)償與濾波50MVA31.5MVA10KV110KVPCC 114km其他負(fù)荷110KVPCC 210KVA1B1A2B2C1C2暫不考慮兩臺(tái)主變?cè)?0KV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）雙回線單獨(dú)供電A1： 1980MVAB1： 1046MVAC1： 327MVAA2： 1980MVAB2： 1046MVAC2： 235MVA負(fù)荷估算原則負(fù)荷估算原則 主要來(lái)自于

2、極向場(chǎng)系統(tǒng)，其他如縱場(chǎng)電源、輔助加熱系統(tǒng)暫不考慮按極向場(chǎng)電源典型工作電流曲線給出結(jié)果2019.2 吳維越報(bào)告給出）極向場(chǎng)電源系統(tǒng)按兩種可能的工作模式考慮12脈沖最小無(wú)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(duì)于單零位形下的負(fù)荷，參考雙零極向場(chǎng)電 源按6脈沖運(yùn)行)給出大致的結(jié)果幾種典型波形下的負(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(chǎng)電源按最小無(wú)功運(yùn)行方式）0510152025-15000-10000-500005000100001500020000*50KATime(s)0510152025-20000000-15000000-10000000-50000

3、0005000000100000001500000020000000250000003000000035000000VA,VAR,WTime(s)0510152025050100150200250300350A(5,7,11,13)Time(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000KATime(s)0510152025-20000000-15000000-10000000-500000005000000100000001500000020000000250000003000000035000000VA,W,VARTime(s) B051

4、0152025050100150200250300350A(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(zhǎng)： 大體積： 圓截面： 2 雙零位形下的負(fù)荷極向場(chǎng)電源按等觸發(fā)角運(yùn)行

5、方式）0510152025-15000-10000-500005000100001500020000*50KATime(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000KATime(s)0510152025-15000-10000-500005000100001500020000ATime(s) 大拉長(zhǎng)： 大體積： 圓截面：0510152025-20000000-15000000-10000000-50000000500000010000000150000002000000025000000300000003500000040000000450

6、00000W,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)0510152025-20000000-15000000-10000000-50000000500000010000

7、000150000002000000025000000300000003500000040000000W,Var,VATime(s)0510152025050100150200250A(5,7,11,13)Time(s) 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(chǎng)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(duì)于諧波分布情況有所差別，由于上下對(duì)稱(chēng)的極向場(chǎng)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(duì)上述兩種情況取最大值，可以適用。

8、由于未來(lái)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(duì)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(chǎng)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(wú)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)負(fù)荷統(tǒng)計(jì) EAST對(duì)電網(wǎng)的干擾對(duì)電網(wǎng)的干擾 57111317192325THD10KV(50MVA的母線)6.66.19.710.33.72.11.51

9、.117.4110KV PCC (1)1.31.21.82.00.70.40.30.23.3極向場(chǎng)等負(fù)荷補(bǔ)償與濾波50MVA31.5MVA10KV110KVPCC 114km其他負(fù)荷110KVPCC 210KV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 110KV PCC的考核的考核 110KV PCC的諧波和無(wú)功是電力部門(mén)評(píng)價(jià)考核的對(duì)象雙回線單獨(dú)供電 根據(jù)國(guó)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?xún)?nèi)，在PCC處，EAST的諧波因素在110KV PCC

10、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(píng)估”（有相應(yīng)的國(guó)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(duì)于EAST裝置在110KV PCC的諧波發(fā)射按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的2的電壓畸變率的要求更為合理。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“電能質(zhì)量 電壓允許的波動(dòng)及閃變的要求在110KV的電網(wǎng)中，電壓波動(dòng)允許為2.0,在110KV PCC處的電壓波動(dòng)基本滿足該指標(biāo)。 10KV 的考核的考核 雖不是供電部門(mén)考核對(duì)象，諧波和無(wú)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(chǎng)電源與電網(wǎng)的相互干擾無(wú)功和諧波 1 保證變流

11、器的抗干擾能力高于電網(wǎng)的擾動(dòng)，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行 2 極向場(chǎng)電源的設(shè)計(jì)說(shuō)明中提出了變流器的抗擾等級(jí)為B，參照國(guó)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(chǎng)電源的受擾類(lèi)別為F級(jí)，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(dòng)應(yīng)控制在-1010。 在極向場(chǎng)電源的設(shè)計(jì)說(shuō)明中給出的變流器的運(yùn)行電壓范圍是15到-7，由于無(wú)功沖擊帶來(lái)的電壓波動(dòng)已經(jīng)超出此范圍。 3 當(dāng)變流器受擾類(lèi)別為F級(jí)時(shí)，對(duì)抗擾等級(jí)為B的變流器在10KV網(wǎng)側(cè)的總的諧波畸變控制在10以?xún)?nèi)，單次諧波的畸變因數(shù)為奇次不超過(guò)6，偶次不超過(guò)2。對(duì)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1

12、1次，13次，5次和7次在標(biāo)準(zhǔn)的限值附近。 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?xún)?nèi)諧波電壓 的規(guī)劃水平，IEC標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)） 5 10KV系統(tǒng)中的電壓畸變應(yīng)小于5（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)） 6 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“電能質(zhì)量 電壓允許的波動(dòng)和閃變”，給出了10KV電網(wǎng)允許的電壓波動(dòng)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(duì)極向場(chǎng)電源的考核是按受擾類(lèi)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(duì)電網(wǎng)的干擾發(fā)射諧波和電壓波動(dòng)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)

13、荷的干擾發(fā)射量。另外，無(wú)論110KV的接入情況如何，對(duì)50MVA變壓器的10KV母線的干擾水平均超標(biāo)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，變流器運(yùn)行要求） 7%極向場(chǎng)電源對(duì)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(chǎng)電源傳遞的干擾，有可能影響其負(fù)荷的正常運(yùn)行。電源系統(tǒng)的有功對(duì)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(huì)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(wèn)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(duì)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(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)電

14、機(jī)的勵(lì)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(shuō)，供電部門(mén)應(yīng)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(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?xún)?nèi)。最大的無(wú)功沖擊不超過(guò)400Mvar，有功的變化率不超過(guò)200MW/s，變化幅度不超過(guò)60MW。 典型負(fù)荷 補(bǔ)償?shù)目紤]180Mvar的PFTCR共設(shè)置了3組，對(duì)無(wú)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(kāi)關(guān)投切的電阻方案公共接入點(diǎn)的電能質(zhì)量指標(biāo)難以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足供電部門(mén)的要求。（特別是110K

15、V進(jìn)線單獨(dú)供電）電源系統(tǒng)只考慮極向場(chǎng)電源對(duì)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(guò)了國(guó)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(chǎng)電源對(duì)另一臺(tái)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(lái)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(duì)電網(wǎng)的干擾會(huì)更大，其與電網(wǎng)的兼容更不能保證，前述的各問(wèn)題會(huì)更突出 小結(jié)小結(jié) 采用分期方案，針對(duì)EAST初期負(fù)荷相對(duì)較小，隨著放電電流的增加，

16、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(duì)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(wú)功 對(duì)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(wèn)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)原則設(shè)計(jì)原則 初期為一套濾波兼做一定補(bǔ)償?shù)难b置，對(duì)容量?jī)?yōu)化，基波無(wú)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初期的工程方案考慮 濾波器的參數(shù)及主電路C5L5R

17、5C7L7R7C11L11R11C13L13R13ChLhRhC(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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)濾波電容的過(guò)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 濾波裝置的投切開(kāi)關(guān) 濾波器投入電網(wǎng)后，在裝置的放電

18、間隔應(yīng)切除，以免引起過(guò)補(bǔ)償，從減少投資出發(fā)，采用真空接觸器投切。S1S2S3S4R過(guò)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(guò)電壓;根據(jù)國(guó)產(chǎn)此類(lèi)開(kāi)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(guó)內(nèi)有公司能提供此類(lèi)開(kāi)關(guān)。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(cè)，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(cè)系統(tǒng)。 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

19、 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(lái)了15Mvar的基波補(bǔ)償容量，在50MVA變壓器的10KV母線上電壓波動(dòng)降低到78，基本滿足了極向場(chǎng)電源系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)在電壓波動(dòng)的要求。110KVPCC的電壓波動(dòng)為1.2%0123456789101112131415161718192021222324252627282930048121620200.04Ksv301hv 按目前的無(wú)功容量，總無(wú)功為45Mvar，濾波器提

20、供15Mvar的無(wú)功，若將系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)?0Mvar，50MVA變壓器的10KV母線的電壓波動(dòng)控制在3以?xún)?nèi)，一方面滿足了國(guó)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0123456789101112131415161718192021222324252627282930036912151821242730301.004 103KRLsv301hvKLsvhv0123456789101112131415161718192021222324252627282930036912151821242730305.013 104KRLsv301hvKLsvhv0123456789101112131415161718192021222324252627282930036912151821242730303.341 104KRLsv301hvKLsvhv補(bǔ)償裝置的投切開(kāi)關(guān)補(bǔ)償裝置的監(jiān)控與保護(hù) 其他的考慮復(fù)合開(kāi)關(guān)機(jī)械開(kāi)關(guān) 監(jiān)測(cè)可納入前期工程的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中 保護(hù)非常類(lèi)似與前期工程中濾波器的保護(hù) 投切控制按無(wú)功的要求為判據(jù)，同