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1、EAST供电网的补偿与滤波,陶 骏2004.7,EAST的负荷EAST的负荷与高压电网的兼容性估算补偿与滤波的方案进展情况进一步的工作初步的工程预算及其他,主要内容,1.EAST的负荷,高压供电电网,暂不考虑两台主变在10KV侧的并列运行，各点的短路容量(110KV PCC 2 的短路容量在目前达不到1980MVA）,1.EAST的负荷,负荷估算原则,主要来自于极向场系统，其他如纵场电源、辅助加热系统暂不考虑按极向场电源典型工作电流曲线给出结果（2003.2 吴维越报告给出）极向场电源系统按两种可能的工作模式考虑（12脉冲最小无功运行方式和12脉 冲等触发角运行方式）目前只有双零位形的典型电流
2、，对于单零位形下的负荷，参考双零（极向场电 源按6脉冲运行)给出大致的结果,1.EAST的负荷,几种典型波形下的负荷,1 双零位形下的负荷（极向场电源按最小无功运行方式）,大拉长：,大体积：,圆截面：,1.EAST的负荷,2 双零位形下的负荷（极向场电源按等触发角运行方式）,大拉长：,大体积：,圆截面：,1.EAST的负荷,3 单零位形下的负荷,根据目前的设计资料，尚未给出单零运行的典型波形，此时极向场电源应该按6脉冲运行，其负荷与12脉冲中串联双桥等触发角运行的情况是大致的，上述的负荷功率仍适用。对于谐波分布情况有所差别，由于上下对称的极向场线圈的电流不等，5，7次谐波不能抵消。谐波估计应该
3、在获得典型波形后进行，可获得较接近实际的数值。在目前的条件下，谐波的估算对上述两种情况取最大值，可以适用。,由于未来放电的波形的不确定性以及由此导致的电源系统运行方式的不确定性，对系统的负荷及谐波只能给出一个估计值，并留有一定的裕量，以此作为负荷统计和滤波及补偿装置的设计标准。参考几种典型波形及不同的极向场电源的运行模式，按下面的数值考虑系统负荷和谐波：容量：42MVA 无功：40MVA 谐波：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,负荷统计,2.兼容性估算,EAST对电网的干扰,各次谐波的最大值几乎
4、发生在同一时刻，上述的THD按最大值叠加上述的谐波因素只考虑了特征谐波,2.兼容性估算,110KV PCC的考核,110KV PCC的谐波和无功是电力部门评价考核的对象双回线单独供电 根据国家标准“电能质量 公共电网的谐波”，在110KV PCC处电网的谐波因数应控制在2.0%，其中奇次应控制在1.6%，偶次控制在0.8%以内，在PCC处，EAST的谐波因素在110KV PCC处也超标已经超标（奇次达到了3.3%;IEC100036“中压和高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估”（有相应的国家标准）中也提出了在110KV公共接入点的谐波电压规划水平为3。如果考虑到110KV系统的背景谐波，对于E
5、AST装置在110KV PCC的谐波发射按照国家标准的2的电压畸变率的要求更为合理。根据国家标准“电能质量 电压允许的波动及闪变”的要求在110KV的电网中，电压波动允许为2.0,在110KV PCC处的电压波动基本满足该指标。,2.兼容性估算,10KV 的考核,虽不是供电部门考核对象，谐波和无功关系到电源和EAST的其他系统的的安全可靠运行。极向场电源与电网的相互干扰无功和谐波 1 保证变流器的抗干扰能力高于电网的扰动，这样才能保证整个系统安全可靠运行 2 极向场电源的设计说明中提出了变流器的抗扰等级为B，参照国家标准“半导体电力变流器与电网相互干扰及其防护方法导则”，极向场电源的受扰类别为
6、F级，即不能完全保证电源规定的性能，但能继续工作。变流器的电压波动应控制在-1010。在极向场电源的设计说明中给出的变流器的运行电压范围是15到-7，由于无功冲击带来的电压波动已经超出此范围。3 当变流器受扰类别为F级时，对抗扰等级为B的变流器在10KV网侧的总的谐波畸变控制在10以内，单次谐波的畸变因数为奇次不超过6，偶次不超过2。对比THD的结果，已经超标，某些单次谐波因数也超标，如11次，13次，5次和7次在标准的限值附近。,2.兼容性估算,4 为了保证接入的用户的正常工作，负荷的畸变发射的约定小于6.5%以内（谐波电压 的规划水平，IEC标准，国家标准）5 10KV系统中的电压畸变应小
7、于5（国家标准）6 国家标准“电能质量 电压允许的波动和闪变”，给出了10KV电网允许的电压波动在2.5%；“电能质量 供电电压允许的偏差”中约定10KV系统的电压偏差允许值为 以上对极向场电源的考核是按受扰类别为F考虑的，实际中此时的电源的工作性能已经下降了，为了进一步保证电源的正常工作，对电网的干扰发射（谐波和电压波动）应控制在更小的范围。这些干扰由电源产生，只能加另外的措施（补偿与滤波），减小接入电网的负荷的干扰发射量。另外，无论110KV的接入情况如何，对50MVA变压器的10KV母线的干扰水平均超标（国家相关标准，变流器运行要求）,极向场电源对其他负荷的影响,31.5MVA 变压器的
8、10KV母线上的比较敏感的负荷受由极向场电源传递的干扰，有可能影响其负荷的正常运行。,2.兼容性估算,电源系统的有功对系统稳定的影响,1 等离子体击穿，熄灭和破裂时都会出现有功的变化，伴有很大的变化率，有可能引发系统的功率振荡现象 2 在系统的辅助加热功率增加后，该问题更加突出，需要引起注意 3 110KV 接入点距离发电机很近，有功的突变对发电机组轴系的影响需考虑 4 需要有详细的电网结构和参数，系统的原动机的调节系统，发电机的励磁调节系统，电力系统稳定控制器的参数等(严格的说，供电部门应该约定有功的变化的限值和变化率的限值）,2.兼容性估算,ITER在这方面的考虑,电网及负荷,400KV电
9、网的最小短路容量10GVA，其综合谐波畸变率控制在1，单次谐波畸变率控制在0.5%以内。最大的无功冲击不超过400Mvar，有功的变化率不超过200MW/s，变化幅度不超过60MW。,典型负荷,2.兼容性估算,补偿的考虑,180Mvar的PFTCR共设置了3组，对无功和谐波进行抑制（辅助加热功率增加后再增加一组,三组各100MW的有功吸收装置，采用真空开关投切的电阻方案,2.兼容性估算,公共接入点的电能质量指标难以满足国家标准，难以满足供电部门的要求。（特别是110KV进线单独供电）电源系统只考虑极向场电源对电网造成的干扰发射，而且有关的谐波只计及了特征分量，有关指标不仅超过了国家标准和IEC
10、的有关标准的约定，而且按电源本身设计的技术要求，电网和电源的电磁兼容不能保证。极向场电源对另一台变压器（31.5MVA）的干扰发射有可能影响连接在该电网上的岛区其他电力用户的装置的工作性能有功的冲击可能引起系统的低频振荡，甚至危及邻近发电机的轴系，需引起重视。EAST的未来运行中，随着其负荷的增加，辅助加热系统的容量的增加，装置运行对电网的干扰会更大，其与电网的兼容更不能保证，前述的各问题会更突出,小结,3.补偿与滤波的方案,采用分期方案，针对EAST初期负荷相对较小，随着放电电流的增加，辅助加热功率的更多的投入，增加一定的补偿容量，达到电磁兼容的目的。由于分两期投资，在初期时应兼顾下一步的工
11、作，避免由于分期而造成的投资的不必要的增加。对于系统的谐波抑制，一期时就按照总的负荷要求全部安装到位。后期根据负荷的容量要求，安装若干组投切的电容器组，以平衡系统的无功 对由有功冲击引起的系统功率振荡随着负荷的增加，该问题更加突出，应给予相当的重视，必要时采取一定的措施。,设计原则,3.补偿与滤波的方案,初期为一套滤波兼做一定补偿的装置，对容量优化，基波无功补偿量为15MVar。根据谐波特点设置5、7、11、13单调谐和高通支路,初期的工程方案考虑,滤波器的参数及主电路,安装容量是根据国家标准中对滤波电容的过载能力的要求而确定的。根据实际情况，考虑是否需要设置一小容量的3次滤波,3.补偿与滤波
12、的方案,滤波装置的投切开关,滤波器投入电网后，在装置的放电间隔应切除，以免引起过补偿，从减少投资出发，采用真空接触器投切。,过零点合闸;（为了解决合闸时刻误差引起的暂态，也可 考虑引入合闸电阻）阻尼电阻的介入，抑制可能的分闸过电压;根据国产此类开关产品的额定电流，可将整个滤波器分成两支路，即5，7支路和11，13，高通支路。目前国内有公司能提供此类开关。,3.补偿与滤波的方案,滤波装置的监控与保护,滤波装置的控制主要有投和切的控制。滤波器的保护和互锁。滤波器投入前后的电网的状态需要监测，同时给出滤波器的工作状态，有必要建立一套包括供电电网电能质量、补偿与滤波效果及滤波补偿装置工作状态的监测系统
13、。,3.补偿与滤波的方案,补偿与滤波装置的效益分析及与电网的谐振分析,双回线单独供电,固定滤波的投入，带来了15Mvar的基波补偿容量，在50MVA变压器的10KV母线上电压波动降低到78，基本满足了极向场电源系统对电网在电压波动的要求。110KVPCC的电压波动为1.2%,3.补偿与滤波的方案,按目前的无功容量，总无功为45Mvar，滤波器提供15Mvar的无功，若将系统无功补偿到30Mvar，50MVA变压器的10KV母线的电压波动控制在3以内，一方面满足了国家有关标准，同时也为EAST的负荷提供了更高的电能质量。,后期的工程方案考虑,补偿的主回路参数设计及谐振校核,5MVar 3组10的
14、串抗,3.补偿与滤波的方案,补偿装置的投切开关补偿装置的监控与保护 其他的考虑,复合开关机械开关,监测可纳入前期工程的监测系统中 保护非常类似与前期工程中滤波器的保护 投切控制按无功的要求为判据，同时加入抑制投切振荡的措施，限制最大的投切次数,有功回溃问题必须引起足够的重视，特别是在将来当系统运行参数较高的时候。采用电 阻耗能的方法是一种简单可行的方法。在经费允许的范围为对无功的动态补偿也可用TCR。可对系统的无功进行平滑的控制，对电压波动引起的闪变能更好的解决。,4.进展情况,系统的负荷及谐波的统计固定滤波及后期的补偿装置的参数设计投切控制策略系统的继电保护设计和操作过电压保护的设计复合开关的研发监控系统的研制,5.进一步的工作,与初期工程相关的工作,滤波器的参数在获得较为准确的电网的谐波阻抗和负荷的谐波特性的前提下，对滤波器的参数进行一定的修正。用于投切的机械开关监测系统的进一步完善及滤波器投切控制器的研制,5.进一步的工作,与后期工程相关的工作,方案的优化复合开关的进一步实验对有功冲击的考虑,6.初步工程预算及其他,初步的工程预算,前期工程后期工程,其他（工期；方案比较）,
