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1、定制电力技术及设备,1 背景,电能质量受到影响大量非线性负荷、大型冲击性用电备的投入等,电压暂降和短时断电的影响高科技园区、大型医院、军工单位等,对电能质量敏感的用户的需求半导体制造业、生产自动控制系统、商业以及通信、计算中心、金融系统等,精密仪器的用电需求精密实验仪器、某些新型医疗器械等,技术需求背景,1.1 电能质量问题,电压暂降 持续时间：0.5-30周期 幅值：0.1-0.9 pu 电压骤升 持续时间：0.5-30周期 幅值：1.1-1.4 pu 电压中断 持续时间：0.5周期-3s 幅值：低于0.1 pu,IEEE 1159,谐波 持续时间：0.5-30周期 电压闪变 持续时间：0.
2、5-30周期,2 定制电力技术（电能质量控制技术）,1988年由美国电科院（EPRI）提出。针对配电网的供电可靠性和供电质量,以改善暂态电能质量为目的。以大功率电力电开关器件为基础，以柔性交流技术（FACTS）为关键。,控制问题负荷对公用电网干扰水平，保证公共连接点的电能质量 补偿设备主要是静态补偿型，分为串联型和并联型，串联型用于补偿干扰电压，并联型用于补偿干扰电流，补偿设备主要有SVC、SVG、APF、PF等。控制问题电网对电压敏感负荷的影响，为敏感负荷提供稳定的电源 补偿设备分为静态补偿型和网络重构型，其中静态补偿型包括：DVR、UPS等，网络重构型主要有：SSTS、SSCB等。,定制电
3、力技术主要解决：无功补偿、谐波抑制和电压暂态故障及中断。,3 定制电力设备3.1 有源滤波器（APF）,可等效为受控谐波电流源（并联型）基本原理为：对公共连接点注入与线路谐波幅值相同，相位相反的电 流，从而控制其总THD。相比于无源滤波器的优点：1、适用不同的非线性负载；2、动态补偿，响应时间为毫秒级；3、不影响系统的阻抗特性，不会产生谐振；4、不会影响无功补偿(可同时进行)。,有源电力滤波器工作原理,=,+,控制方法主要有：1、基于模拟控制技术的PWM控制；2、滞环比较控制（Hysteresis Control）；3、无差拍控制、单周控制等。,谐波电流检测方法主要有：1、提取基波分量法；2、
4、瞬时功率检测法（主要dq分解）；3、FFT数字化分析法。,主要厂家 1、国内：西安爱科电气、上海思源电气、荣信股份;2、国外：日本三菱电机、美国西屋电气、德国西门子。,发展趋势：1、利用并联IGBT提高低压容量，通过升压变实现中压补偿；2、利用和无源滤波器（PF）结合的方式提高其经济性。,3.2 静止同步补偿器（STATCOM）,主要作用 补偿无功功率，改善功率因数，维持电压稳定，改善系统稳态特性和动态性能。工作原理 通过调节桥式电路交流阀侧侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流回路电流，从而吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。,控制原理,控制STATCOM从电网吸收电流
5、的相位和幅值，也就控制了STATCOM吸收无功功率的性质和大小，从而控制公共连接处的功率因数。单相示意图如下所示。,1、Iq为正，电流超前系统电压，此时系统吸收感性无功功率，即发出容性无功功率；2、Iq为负，电流滞后系统电压，此时系统吸收容性无功功率，即发出感性无功功率；,提高功率因数可直接利用开环控制，提高电压稳定可采用电压闭环控制。控制方法主要分为直接电流控制和间接电流控制。,传统静止无功补偿器（SVC）相比，其优点有：1、响应速度更快；2、可动态连续调节无功输出，运行范围更宽；3、谐波电流含量更小；4、在电压较低时仍可向电网注入较大的无功电流。,工程应用现状 1、低压及小容量的SVG则主
6、要采用三电平逆变器直接并网；2、以前较多利用多重化变压器耦合技术；3、现在较多采用H桥级联型，模块多电平及IGBT直接串联是发展趋势。,3.3 动态电压恢复器（DVR）,可等效为受控电压源 基本原理为：正常工作时被旁路，电压暂降、暂升或电压不平衡现象发生时，在ms级时间内，对电源电压进行补偿。相比于UPS的优点：1、经济性较好，不需经常更换电池；2、不需一直串在主回路，损耗较低。,主要分为有储能结构和无储能结构,补偿方式主要有：同步相位、暂降前电压，复合补偿等控制方式：开环控制，系统电压闭环前馈控制,工作原理如下图所示,DVR运行方式,主要厂家：1、国内：荣信股份，上海思源。2、国外：ABB（
7、新西兰）的AVC，SST公司。,现状及趋势：1、实际工程中一般利用三个单相换流器结构补偿电压不平衡；2、利用H桥级联（链式）提高容量及电压等级，一般2MVA以上。,3.4 固态切换开关（SSTS）,传统的中高压系统中，将用户从故障母线切换到无故障母线的方法是利用开关断路器，但切换速度及其暂态特性不够理想。利用电力电子开关器件替代或改造传统机械切换开关，即利用机械开关和晶闸管并联的方式可以解决传统方式的固有问题。,工作原理如下图所示,主电路结构主要有：主备式混合型和分裂母线式混合型,在高速机械开关开通和关断时均不会产生电弧。,4 定制电力园区,定制电力园区（优质电力园区）是一种包含“用户至上”经
8、营理念的新型电力技术，通过检测园区电网的电能质量，区分用户的不同电能质量需求；为用户提供基本服务、附加服务和优质服务等不同等级的电能质量服务水平。其基本配置方案可分为：集中式PPP系统、分布式PPP系统、集中分布混合式PPP系统。,下图为韩国定制电力园区（KCPP）总体示意图。KCPP主要包括SSHG（4MVA）、SSTS（4MVA）、DVR（2MVA）、DSTATCOM（2MVA）、APF（200KVA）等定制电力设备。,KCPP电气结构示意图,电压干扰发生器（SSHG）通过对三个单相换流器对串入回路的电压幅值和相位进行控制。,电流干扰发生器 利用换流器控制技术实现控制回路的有功功率和无功功
9、率，从而模拟组感容负载特性，一般采用dq解耦的直接电流控制。,5 工程应用实例,5.1 马鞍山创新钢厂 马鞍山创新钢厂是一个黑色金属冶炼与压力加工企业。其主要设备有“热轧火成材”全连轧机组1台，50m3制氧机1台，0.5t中频感应炉3台，以及各种配套辅助设备。全厂用电设备总容量达2300kW。97年该厂曾在230连轧机组安装就地无功补偿装置，使功率因数由0.7提高到0.9，主变出力提高20%。99年“热轧火成材”全连轧机组投运后，产生高次谐波，功率因数也降低，从99年7月至10月间，因功率因数考核不合格该厂被罚款7.6万元。,该厂采用了无功补偿及谐波抑制措施：在2.5MVA主变（35/6kV）
10、6kV侧新装自动补偿及滤波装置主副柜各1台；630kVA主变（6/0.4kV）0.4kV侧新装自动补偿及滤波装置主副柜各1台；修复原1000kVA变压器补偿用电容器柜。采用上述措施后，谐波得到抑制，功率因数由原来的0.62提高到0.9，节电效果明显。,5.2 地铁低压供电系统,地铁供电系统采用了大量的非线性负载，其电能质量较差，谐波损耗增加，且存在并联谐振进而导致设备损坏的潜在隐患。上海地铁某段低压配电系统已有固定电容器无功补偿装置，随功率因数满足要求，但总谐波电流仍达到50A，主谐波为3、5、7、11、13、23，系统电压总THD高达4.2%。,安装了思源清能电气公司的QNAPF电力有源滤波器后，系统电压总THD将至3.4%，总进线电流总畸变率由4.7%降至1.2%，减少了谐波损耗。,
