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1、目录电能质量概述电能质量治理装置静止无功发生器SVG应用案例第1页2023/3/23第1页/共58页电能质量概述第2页 2023/3/23第2页/共58页什么是电能质量？电能质量是指配电系统中交流电能的品质。u 电压质量u 电流质量u 供电质量u 用电质量合格的三相交流系统电能品质：u 电压u 频率u 波形u 三相不平衡理想的电压/电流波形如上图所示第3页2023/3/23第3页/共58页电能质量定义IEEE：电能质量（Power quality）的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的。IEC：电能质量是指导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流、或频率偏差
2、.第4页2023/3/23第4页/共58页电能质量标准目前我国对电能质量已制定的国家标准：GB 123251990 供电电压允许偏差GB/T 14549-1993 公用电网谐波GB/T 15543-1995 三相电压允许不平衡度GB/T 15945-1995 电力系统频率允许偏差GB 12326-2000 电压允许波动和闪变GB/T 18481-2001 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压地方法规：福建省电网谐波技术监督实施细则；上海市节能指导书等；广东、江苏、浙江、上海等遍布全网的电能质量检测系统。第5页2023/3/23第5页/共58页什么是谐波及谐波源有哪些谐波定义谐波的定义是对周期性的非
3、正弦电量进行傅立有叶级数分解，除了得到与电网基波相同的分量，还得到一系列大于电网基本频率相同的分量，这部分电量称为谐波.谐波频率与基波的比值（n=fn/f1)称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为间谐波（Non-harmonics)或分数谐波。谐波源（三大类）电力电子装置：电子开关型非线性设备，主要为交、直换流装置及晶闸管构成的可控开关设备。如变频装置、晶闸管型直流提升机、整流装置等。传统非线性设备：铁磁饱和型非线性设备，如变压器、电抗器、旋转电机、银光灯等。电弧型非线性设备：炼钢电弧炉，交流电弧焊机等。第6页2023/3/23第6页/共58页电力系统谐波电流（或电压）波形为非正弦，
4、含有基波以外的成分如图所示电流中含有3、5、7等次谐波损耗大大增加，并且严重影响设备安全第7页2023/3/23第7页/共58页谐波的危害谐波问题是最为常见的电能质量问题。损耗大大增加，并且严重影响设备安全。加大线路及变压器损耗，使电缆过热，绝缘老化，降低变压器额定容量 大部分应用场合（电流中谐波成分占20%以上时），谐波治理后的节电率约在5%20%之间。严重影响用电设备安全（电容器、电动机、变压器、电缆、断路器等）谐波造成损耗的同时，还对电费计量造成较大误差（对电力公司及对电力用户的影响）。第8页2023/3/23第8页/共58页谐波的危害（续）影响电机效率和正常运行，产生震动和噪音，缩短电
5、机寿命4的3次谐波，异步电机寿命缩短15；4的5次谐波，异步电机寿命缩短8使电容器过载发热，加速电容器老化甚至击穿 导致电容器型补偿不能正常运行（不能投运、易损坏、寿命缩短）造成保护装置或断路器误动，导致区域性停电事故导致中性线电流过大引发故障，造成中性线发热甚至火灾诱发电网谐振产生数倍甚至数十倍的过电压（过电流）损坏敏感的设备使电力系统各种测量仪表产生误差对通讯、电子类设备产生干扰第9页2023/3/23第9页/共58页行业状况之一：谐波对剧场音响系统的影响剧场的谐波源除常规谐波源外，剧场谐波源有可控硅调光器、高压弧光灯、等等。可控硅调光装置，在移相触发调压过程中，将使电源波形非正弦化，造成
6、多项奇次谐波分量较大。试验表明，当可控硅移相调压至半压，并满载输出，此时电流波形谐波畸变最严重，达62左右，三相零序电流叠加，为相线电流的1.86倍左右。谐波造成的危害对音响系统施以干扰。当含有谐波的电源向音响设备供电时，势必造成危害，严重破坏音响系统 的放音音质，使音响系统发出明显“吱吱”声。构成对可控硅触发电路的相互干扰，影响调光系统的正常工作。其他：供电安全性降低、谐波损耗增加。措施与建议：设法以“干净”的电源向音响设备供电，减弱谐波对电声、弱电系统干扰，保证系统正常工作。采用有源电力滤波器：滤波能力强、适应能力强第10页2023/3/23第10页/共58页行业状况之二：楼宇大厦的谐波楼
7、宇大厦，包括民用建筑中包含大量谐波源由低压电网供给电源的各种电器设备，在市政生活和企事业单位应用十分广泛，在这些以家用电器为主的低压电器中，绝大部分含有大量非线性元件，会产生谐波电流，主要有电视机、各种节能灯、计算机、电冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、激光打印机、充电器、各种医疗和科研用的仪器和设备、调速驱动，例如空调用压缩机、高层建筑用的大型电梯等，它们大都是用晶闸管、小功率的整流装置等电力电子元件，虽然其单台容量不是非常大，但数量极为庞大且分布很广、工作同时性强，它们产生的谐波已成为配电网谐波污染的主要来源。电能质量的下降严重影响着供、用电设备的安全经济运行，降低了人民的生活质量。第11页2
8、023/3/23第11页/共58页行业状况之二：某大楼实测的供电电压谐波含量第12页2023/3/23第12页/共58页行业状况之三：电铁引起的谐波电铁机车是单相大功率整流负荷，其用电会产生大量的谐波与负序，如不能在电铁牵引变电站得到及时治理，将注入电力系统，影响全网，波及用户。电铁机车沿铁路移动用电，加剧问题的严重性，产生的危害性远比其他任何谐波源设备更为严重。据不完全统计，自电铁投运三十多年以来，电铁谐波与负序已引发过200MW发电机跳闸，山西、河南、贵州等电网大面积停电或系统解列，电网产生局部谐振，发电机转子损坏，继电保护非正常频繁启动，用户电动机和电容器大量烧坏，小火电厂不能就近并网等
9、一系列的危害，使社会、电力部门和用户蒙受了巨大的经济损失。随着电铁运量的增加和电铁向东部发达地区扩展，产生的危害将会更加严重。目前，各级电力部门对此高度重视。第13页2023/3/23第13页/共58页行业状况之四：工业用户工业用户中含有各类谐波源，最常见的低压变频器引起的谐波电流水泵水泵配套的低压变频器配套的低压变频器电流中含大量谐波电流中含大量谐波第14页2023/3/23第14页/共58页什么是无功？有功功率有功功率P P（kWkW）；）；无功功率无功功率Q Q（kvarkvar）；）；视在功率视在功率S S（kVAkVA）；）；无功功率就是电路中感性元件（或容性元件）中的电磁场无功功率
10、就是电路中感性元件（或容性元件）中的电磁场能（或电场能）与电路中的电能相互转化所需的功率，用能（或电场能）与电路中的电能相互转化所需的功率，用来在电气设备中建立和维持磁场，完成电磁能量的相互转来在电气设备中建立和维持磁场，完成电磁能量的相互转换，不对外做功。换，不对外做功。第15页2023/3/23第15页/共58页无功补偿意义提高设备利用率；提高设备利用率；降低设备和线路损耗；降低设备和线路损耗；减少线路和变压器电压降；减少线路和变压器电压降；第16页2023/3/23第16页/共58页无功补偿发展第17页慢速无功第一代无功补偿机械式投切装置MSC晶闸管投切装置TCR，MCR，TSC第二代无
11、功补偿基于电压源换流器SVG/STATCOM第三代无功补偿快速无功补偿2023/3/23第17页/共58页电能质量治理装置第18页 2023/3/23第18页/共58页基于TCR的SVC第19页2023/3/23第19页/共58页基于TCR的SVCTCR产生谐波，必须配备滤波器组（通常34组）滤除自身谐波及提升机等设备谐波。导致：占地面积增加谐波损耗增加对系统内其他设备安全的影响（谐波电压放大）第20页2023/3/23第20页/共58页基于TCR的SVC TCR产生大量谐波电流第21页2023/3/23第21页/共58页基于MCR的SVC第22页2023/3/23第22页/共58页基于MCR
12、的SVCMCR自身产生谐波，也必须配备滤波器组才能滤除自身谐波和提升机等背景谐波。噪音达到90dBMCR运行损耗达到1.5%2.0%对系统内其他设备安全的影响（谐波电压放大）第23页2023/3/23第23页/共58页MCR的谐波特性第24页2023/3/23电流THD为15.75%37.5151.0573.1992.86114.07133.69173.04293.74第24页/共58页基于TSC的SVC第25页2023/3/23第25页/共58页u可控硅投切电容器；u有级调节过补和欠补；u电容器反复投切，寿命有限；德国最好20万次；u背景谐波解决不了，影响自身运行；基于TSC的SVC第26页
13、2023/3/23第26页/共58页静止无功发生器SVG第27页 2023/3/23第27页/共58页SVG工作原理第28页 2023/3/23第28页/共58页SVG装置构成第29页2023/3/23第29页/共58页优势一：响应速度快第30页2023/3/23补偿效果与补偿容量和响应时间曲线 响应时间 5msSVG 响应速度快(5ms)，SVC响应速度(40ms-60ms）SVG中采用的IGBT 2us开关一次，SVC/MCR中的可控硅10ms开关一次第30页/共58页实际测试结果动态无功补偿及电压控制效果第31页2023/3/23负荷电流负荷电流SVG无功补偿电流无功补偿电流A相相C相相
14、A相相C相相SVGSVG补偿电流随负荷电流变化而快速动态变化！补偿电流随负荷电流变化而快速动态变化！第31页/共58页优势二：低电压特性好第32页2023/3/23SVC SVGSVG的低压特性好，是恒定的电流源，系统电压降低时，仍能输出额定无功电流，而且具备很强的过载能力。SVC阻抗特性，输出能力线性降低，系统电压降低时，输出无功电流成比例降低，不具备过载能力。第32页/共58页优势三：谐波特性好第33页2023/3/23第33页/共58页链式SVG实验结果第34页2023/3/23输出电压输出电流，电流畸变率1.9%第34页/共58页优势四：有源滤波第35页电流谐波次电流谐波次数数负荷电流
15、负荷电流 含量含量系统电流含系统电流含量量512.5%2.0%710%1.0%115%0.5%135%1.5%有效滤除特定次谐波电流，不引起其有效滤除特定次谐波电流，不引起其它次谐波放大它次谐波放大母线电压系统电流负荷电流SVG补偿电流频谱分析2023/3/23第35页/共58页优势五：占地面积小第36页2023/3/23SVG无需并联滤波器组，占地面积大大减少第36页/共58页优势六：可靠性高，维护量小可靠性高，维护量小：满足IGBT功率模块N-1运行方式冗余主电路拓扑结构，每相一个链节单元损坏后仍可继续满负荷运行可控电流源型，对系统参数不敏感，不会发生谐振或谐波电压放大，根据系统需要，可以
16、方便地消除系统谐波电流，起到抑制谐振的效果。第37页2023/3/23第37页/共58页小结第38页2023/3/23基于SVG补偿技术先进，是最新动态无功补偿与谐波治理方案1.无功动态补偿，不产生谐波而且能补偿13次以下谐波，使固定电容支路的设计大大简单，避免谐波放大，使系统安全性大大提高2.装置自身可靠性高，采用目前最为成熟普遍应用的IGBT，此外每相具备冗余模块3.自然风冷，平时免维护；模块化结构，如出现模块故障，可冗余运行，检修时直接更换模块思源清能与清华大学合作研制，技术实力与公司实力居全国领先地位。目前已在煤矿、电力、冶金、风电、铁路等多个领域应用。第38页/共58页SVG应用案例
17、第39页 2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用第39页/共58页案例：某煤矿无功补偿与谐波治理第40页成套装置由两部分构成：SVG补偿装置（3Mvar）：成套装置实现动态补偿功能的主体，可实现无功动态补偿、谐波动态跟踪滤除。高压电容补偿装置：串联电抗器的高压电容器补偿支路，主要功能是提供固定容量的容性无功，将电容补偿支路设计成固定的谐波滤波支路，使其与SVG装置优势互补，整体性能价格比达到最优。2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用第40页/共58页第41页2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用3Mvar的SVG+3Mvar的FC动态补偿效果：
18、06Mvar第41页/共58页案例5Mvar的SVG+5Mvar的FC,动态补偿效果：010Mvar第42页2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用第42页/共58页应用案例（二）5Mvar的SVG+5Mvar的FC,动态补偿效果：010Mvar第43页2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用第43页/共58页同容量SVC的对比尺寸第44页2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用7.8m42m328m2第44页/共58页SVG其它应用案例第45页 2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用第45页/共58页其它案例：用于电力输电网负荷中心电
19、压控制第46页思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第46页/共58页上海50MVar SVC+（STATCOM）装置平面布置图第47页思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第47页/共58页控制屏与阀厅第48页2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第48页/共58页上海电力公司经济效益分析220kV变电站最低电压平均升高5.79%，稳态电压升高2.03%；在事故状态下，少甩负荷120MW；线损率降低5%，每月平均节损120万度第49页2023/3/23第49页思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用第49页/共58页案例：用于钢厂
20、的轧机系统稳定了系统母线电压，满足了生产需要，大大节约了系统无功损耗。10kV电压波动范围从安装前的1.3kV降低到0.2kV。避免了SVC等阻抗型补偿装置带来的系统谐振或者谐波放大等问题，极大的提高了系统的安全性。第50页思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第50页/共58页组装生产过程中的SVG功率模块第51页思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第51页/共58页高压大功率的检测专利技术对充实验功率模块验证一次性检测多个模块第52页思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第52页/共58页国内实力最强大的SVG/APF设备提供商第53页思源
21、清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第53页/共58页谢谢大家！谢谢大家！张智勇张智勇 电话：电话：手机：手机：邮件：邮件：,第54页/共58页两电平SVG模式_第一代第55页交流侧输出只有高电平和低电平；交流侧输出只有高电平和低电平；通过脉冲宽度调制实现交流输出通过脉冲宽度调制实现交流输出输出电压低，一般为输出电压低，一般为500V，器件电流大；不利于装置稳定运行；，器件电流大；不利于装置稳定运行；器件实际使用频率高，谐波特性较差器件实际使用频率高，谐波特性较差目前目前APF由于输出电压低，绝大部分仍采用两电平方案由于输出电压低，绝大部分仍采用两电平方案思源清能产品介绍：SVC
22、+在煤矿应用2023/3/23第55页/共58页三电平SVG模式_第二代第56页相当于两个两电平电路的串联；相当于两个两电平电路的串联；器件实际使用频率较高，谐波特器件实际使用频率较高，谐波特性改善性改善增加了缓存吸收电路，工艺要求增加了缓存吸收电路，工艺要求复杂，维护比较困难复杂，维护比较困难输出电压较低，一般为输出电压较低，一般为1000V；思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第56页/共58页链式SVG模式第三代逆变主电路第57页多个逆变器电路串联实现多个逆变器电路串联实现输出电压高，电流小；功率调节灵活；输出电压高，电流小；功率调节灵活；降低运行损耗，与三电平相比，可
23、节省降低运行损耗，与三电平相比，可节省20kW20kW，年运行电费节省，年运行电费节省1010万元；万元；在系统受到扰动时，可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用在系统受到扰动时，可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用 省略了缓冲吸收电路，实现了模块化结构，维护工作量小；省略了缓冲吸收电路，实现了模块化结构，维护工作量小；采用冗余功率模块，提高了装置可靠性采用冗余功率模块，提高了装置可靠性 U+-输出电压输出电压+U-U0U+U+U+3 3U2 2UU0 0-U-2-2U-3-3U输出电压输出电压思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用2023/3/23第57页/共58页第58页2023/3/23思源清能产品介绍：SVC+在煤矿应用感谢您的观看！第58页/共58页