電能質(zhì)量問題分析與治理

1、電能質(zhì)量問題分析與治理亞洲最大、世界領(lǐng)先的電力系統(tǒng)電力電子實(shí)驗(yàn)室國(guó)際一流的特高壓試驗(yàn)基地世界領(lǐng)先的電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中心世界首套750kV可控并聯(lián)電抗器（敦煌750kV可控并聯(lián)電抗器）世界首套1000kV固定串補(bǔ)裝置（南陽、長(zhǎng)治1000kV固定串補(bǔ)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(guó)首套國(guó)產(chǎn)化電網(wǎng)大容量SVC（鞍山紅一變 SVC裝置）我國(guó)首套500kV固定串補(bǔ)裝置兼世界上補(bǔ)償容量最大的可控串補(bǔ)工程（伊馮500kV可控串補(bǔ)裝置）我國(guó)首套國(guó)產(chǎn)化500kV直流融冰兼SVC裝置（益陽500kV融冰兼SVC裝置）聯(lián)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(dá)200Mvar居國(guó)產(chǎn)工業(yè)配電網(wǎng)SVC容量之首動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）靜止無功發(fā)生器（SVG）數(shù)十套有源濾波器（APF）10余套靜止無功補(bǔ)償器（SVC）100余套天津鋼管有限責(zé)任公司一期90噸交流電弧爐125Mvar SVC工程固態(tài)切換開關(guān)（SSTS）目錄1. 電能質(zhì)量基本概念2. 電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介一、電能質(zhì)量基本概念三、電能質(zhì)量治理典型案例二、電能質(zhì)量治理領(lǐng)域四、太陽能行業(yè)解決方案n電能質(zhì)量問題的由來 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化，大量具有非線性、沖擊性和不平衡特性的負(fù)荷接入電網(wǎng)，電能質(zhì)量日趨惡化；同時(shí)，現(xiàn)代工商業(yè)大量使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、快速發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)電

3、能質(zhì)量的要求卻越來越高，尤其是一些電能質(zhì)量敏感企業(yè)一旦發(fā)生問題，會(huì)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)損失。 電能質(zhì)量涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)和人民生活用電，優(yōu)質(zhì)的電力可以提高用電設(shè)備效率，增加使用壽命，減少電能損耗和生產(chǎn)損失，電能質(zhì)量關(guān)系到電力可持續(xù)發(fā)展，也關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體效益，是實(shí)現(xiàn)節(jié)約型社會(huì)的必要條件之一。電能質(zhì)量基本概念電能質(zhì)量基本概念n電力系統(tǒng)常見電磁現(xiàn)象 一個(gè)良好的電能應(yīng)該是連續(xù)的，電源的電壓和頻率總是保持在允許范圍內(nèi)，且電壓和電流具有純正的正弦波曲線。以下是電力系統(tǒng)中常見的電磁現(xiàn)象。電能質(zhì)量基本概念n電能質(zhì)量指標(biāo) 電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度、暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓、電壓暫

4、降n電能質(zhì)量指標(biāo)特點(diǎn)空間上、時(shí)間上不斷變化需要供、用電雙方共同合作維護(hù)1. 電能質(zhì)量基本概念2. 電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介4. 4. 電能質(zhì)量工程治理典型案例電能質(zhì)量工程治理典型案例一、電能質(zhì)量基本概念三、電能質(zhì)量治理典型案例二、電能質(zhì)量治理領(lǐng)域四、太陽能行業(yè)解決方案輸配電領(lǐng)域1011冷軋鋼板直流電機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)中厚板直流電機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)制造棒材的整流傳動(dòng)系統(tǒng)制造線材的整流傳動(dòng)系統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域12制造型鋼的整流傳動(dòng)系統(tǒng)金屬加工制造無縫鋼管的整流系統(tǒng)煉鋼爐（交流電弧爐、直流電弧爐、精練爐、中頻爐）工業(yè)領(lǐng)域13港口門機(jī)卸船機(jī)石油磕頭機(jī)石油海上平臺(tái)工業(yè)領(lǐng)域14其它領(lǐng)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(gè)階段，即熔化期和精煉期。在熔化期，個(gè)階段，即熔化期和精煉期。在熔化期，相當(dāng)多的爐內(nèi)填料尚未熔化而呈塊狀固相當(dāng)多的爐內(nèi)填料尚未熔化而呈塊狀固體，電弧阻抗不穩(wěn)定。諧波含量大體，電弧阻抗不穩(wěn)定。諧波含量大. .電電弧爐的基波負(fù)序電流也弧爐的基波負(fù)序電流也較大，最大負(fù)較大，最大負(fù)序電流都發(fā)生在兩極短路時(shí)。交流電弧爐從系統(tǒng)吸收的有功功率、無功功率序電流都發(fā)生在兩極短路時(shí)。交流電弧爐從系統(tǒng)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(dòng)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(dòng)和閃變，降低了輸入電爐的有功功率，延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，降低了鋼產(chǎn)量。電弧爐在整個(gè)冶煉過程中功率因功功率，延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，降低了鋼產(chǎn)量。電弧爐在整個(gè)冶煉過程中功率因數(shù)在數(shù)在0.1-0.90.1-0.9之間變化，平均功率因數(shù)較低。之間變化，平均功率因數(shù)較低。不同負(fù)荷電能質(zhì)量特點(diǎn)u 直流電弧爐直流電弧爐 三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量較少；諧波分量較少；隨著整流器相數(shù)的增加，諧波的頻譜隨著整流器相數(shù)的增加，諧波的頻譜向高次方向動(dòng)；向高次方向動(dòng)；產(chǎn)生的無功功率沖擊略為同容量交流產(chǎn)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(wěn)定，因此直流電弧比交流電弧更加穩(wěn)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(fù)荷電能質(zhì)量特點(diǎn)u 礦熱爐礦熱爐 三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量較少；諧波分量較少；負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。功率因數(shù)較低。功率因數(shù)較低。不同負(fù)荷電能質(zhì)量特點(diǎn)三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量較電弧爐少；諧波分量較電弧爐少；負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。功率因數(shù)較低。功率因數(shù)較低。u 精煉爐精煉爐 u 電解鋁電解鋁 三相負(fù)荷基本平衡，

8、負(fù)序電流減少；三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量較少；諧波分量較少；負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。功率因數(shù)較低。功率因數(shù)較低。不同負(fù)荷電能質(zhì)量特點(diǎn)u 中頻爐中頻爐 三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量較大；諧波分量較大；負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。負(fù)荷波動(dòng)不大，電壓波動(dòng)不大。功率因數(shù)較低。功率因數(shù)較低。u軋機(jī)軋機(jī) 三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量較大；諧波分量較大；大型軋機(jī)負(fù)荷波動(dòng)較大，電壓波動(dòng)較大。小大型軋機(jī)負(fù)荷波動(dòng)較大，電壓波動(dòng)較大。小型軋機(jī)負(fù)荷不大，電壓波動(dòng)不大。型軋機(jī)負(fù)荷不大，電

9、壓波動(dòng)不大。功率因數(shù)較低。功率因數(shù)較低。不同負(fù)荷電能質(zhì)量特點(diǎn)1. 電能質(zhì)量基本概念2. 電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介一、電能質(zhì)量基本概念三、電能質(zhì)量治理典型方案二、電能質(zhì)量治理領(lǐng)域四、太陽能行業(yè)解決方案電能質(zhì)量治理的流程電能質(zhì)量測(cè)試/評(píng)估分析計(jì)算方案設(shè)計(jì)治理設(shè)備設(shè)備安裝、調(diào)試運(yùn)行電能質(zhì)量測(cè)試電能質(zhì)量測(cè)試設(shè)備 電能質(zhì)量測(cè)試/評(píng)估電力系統(tǒng)仿真軟件（PSCAD）電能質(zhì)量測(cè)試/評(píng)估分析計(jì)算 方案設(shè)計(jì)諧波潮流分析軟件（PSAF）治理設(shè)備-SVC靜止無功補(bǔ)償裝置（靜止無功補(bǔ)償裝置（SVCSVC） TCR型SVC主接線圖 SVC SVC是由靜止元件構(gòu)成的并聯(lián)可控?zé)o是由靜止元件構(gòu)成的并聯(lián)可控?zé)o功功率補(bǔ)償裝置，其靜止的

10、含義是相對(duì)功功率補(bǔ)償裝置，其靜止的含義是相對(duì)于發(fā)電機(jī)、調(diào)相器等旋轉(zhuǎn)設(shè)備而言。于發(fā)電機(jī)、調(diào)相器等旋轉(zhuǎn)設(shè)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(diào)節(jié)輸出，以維持或控制系統(tǒng)電阻抗來調(diào)節(jié)輸出，以維持或控制系統(tǒng)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(bǔ)償?shù)闹髁?。止無功補(bǔ)償?shù)闹髁?。廣泛應(yīng)用于電氣化鐵路 、冶金和輸電網(wǎng)治理設(shè)備-SVC治理設(shè)備-SVCuTCR由晶閘管控制的并聯(lián)電抗器組成，通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角來使其有效電抗值實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速變化，起調(diào)節(jié)感性無功功率的作用。u濾波器支路中串聯(lián)電抗器與電容器串聯(lián)諧振于特定諧波頻率，對(duì)特定諧波呈現(xiàn)低阻，實(shí)現(xiàn)諧波濾除功能。同時(shí)，對(duì)50Hz工頻呈現(xiàn)容性，在SVC系統(tǒng)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(hù)系統(tǒng)

12、控制保護(hù)系統(tǒng)治理設(shè)備-SVC技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)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(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：115 5ms ms 冷卻方式：冷卻方式：水冷水冷/ /熱管熱管 負(fù)荷功率因數(shù)：負(fù)荷功率因數(shù)：0.951 0.951 治理設(shè)備-DVR負(fù)負(fù) 載載故故 障障DVRsagUloadUdvrV系系 統(tǒng)統(tǒng)工作原理工作原理DVR（Dynamic Voltage Restorer動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）是面向電力用戶的串聯(lián)型動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生某種電壓質(zhì)量問題時(shí)，DVR會(huì)在5毫秒之內(nèi)向系統(tǒng)注入電網(wǎng)正常狀態(tài)和

13、故障狀態(tài)下的電壓差，使得負(fù)載上的電壓保持恒定不變。技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)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(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：5ms 5ms 補(bǔ)償范圍：補(bǔ)償范圍： 0.1-0.5p.u.0.1-0.5p.u.補(bǔ)償時(shí)間：補(bǔ)償時(shí)間：10s10s 負(fù)荷功率因數(shù)：負(fù)荷功率因數(shù)：0.51 0.51 治理設(shè)備-DVRSSTS的電氣主結(jié)構(gòu)固態(tài)切換開關(guān)固態(tài)切換開關(guān)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(shí)中斷的問題。在主供電源出時(shí)中斷的問題。在主供電源出現(xiàn)故障時(shí)快速切換至備用電源。現(xiàn)故障時(shí)快速切換至備用電源。治理設(shè)備-SSTS技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)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(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：10ms 10ms 治理設(shè)備-SSTSSTATCOMSTATCOM（STATic synchronous STATic synchronous COMpensatorCOMpensator，即靜止同步補(bǔ)償器）基于

15、，即靜止同步補(bǔ)償器）基于可關(guān)斷電力電子器件，是柔性交流輸電可關(guān)斷電力電子器件，是柔性交流輸電技術(shù)的主要裝置之一，它代表著現(xiàn)階段技術(shù)的主要裝置之一，它代表著現(xiàn)階段電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)新的發(fā)展方向。電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)新的發(fā)展方向。治理設(shè)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(diào)節(jié)裝置無功輸出。幅值和相角，調(diào)節(jié)裝置無功輸出。 STATCOM基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)STATCOM的工作原理-無功輸出靜止同步補(bǔ)償器-SVG鏈?zhǔn)絊TATCOM單相換流鏈結(jié)構(gòu)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(bǔ)償器-STATCOM

16、/SVG PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形技術(shù)，即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)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(shè)備集裝箱成套設(shè)備換流鏈換流鏈控制保護(hù)控制保護(hù) 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)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(diào)節(jié)范圍：最大調(diào)節(jié)范圍：土土100Mvar100Mvar連續(xù)調(diào)節(jié)連續(xù)調(diào)

17、節(jié) 響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：5ms 5ms 裝置損耗：裝置損耗：1% 1% 運(yùn)行溫度：運(yùn)行溫度：4040 40 40C C 治理設(shè)備-STATCOM/SVGAPF（Active Power Filter 有源濾波器）是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置。它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。治理設(shè)備-APF技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)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(tái)電流：?jiǎn)闻_(tái)電流：300A300A 運(yùn)行方式：運(yùn)行方式：多臺(tái)并列運(yùn)行多臺(tái)并列運(yùn)行 響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：5ms 0.95每爐鋼縮短冶煉時(shí)間每

18、爐鋼縮短冶煉時(shí)間6 68 8分鐘，節(jié)能分鐘，節(jié)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(zhì)量測(cè)試APF應(yīng)用案例：某鋼廠變頻調(diào)速系統(tǒng)380V母線APFAPF補(bǔ)償后母線電流波形補(bǔ)償后母線電流波形APFAPF補(bǔ)償前母線電流波形補(bǔ)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(zhì)量測(cè)試DVR應(yīng)用案例：某衛(wèi)星制造廠10kV母線方案：在方案：在10kV進(jìn)線處加裝了進(jìn)線處加裝了1套套DVR10kVDVR10kVDVR現(xiàn)場(chǎng)照現(xiàn)場(chǎng)照片片10kVDVR10kVDVR錄波波形錄波波形電網(wǎng)側(cè)電壓波形電網(wǎng)側(cè)電壓波形負(fù)載側(cè)電壓波形負(fù)載側(cè)電壓波形u某鋼廠鋼管生產(chǎn)線STATCOM解決方法解決方法測(cè)試確定補(bǔ)償容量測(cè)試確定補(bǔ)償容量動(dòng)態(tài)響應(yīng)速