配电网自动化课件(05)

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1、配电网自动化系统贵州大学电气工程学院 熊炜第五章 用户电力技术概论 5.1 概述5.2 目前配电网存在问题及用户电力的提出 5.3 固态断路器及故障电流限制器5.4 静止无功功率发生器 5.5 动态电压恢复器 5.6 用户电力控制器5.7 有源电力滤波器 5.8 用户电力技术提高供电质量举例5.1 概述 FACTS技术能使电力系统中影响潮流分布及运行稳 定性的三个主要电气参数：电压、线路阻抗及功 角可以按照系统需要迅速调整，而又不改变网络 结构，使电网的功率输送能力及潮流、电压的可 控性大为提高。 最终目标：在整个电力系统中，随着FACTS技术的 广泛应用，最终进入没有电压波动、无不对称、 无

2、谐波、可随时满足负荷对供电质量要求和高可 靠性的柔性化电力系统。 5.1 概述 电能质量 定义：描述电力系统或供电系统性能的测量方法的总 称。 主要参数（指标） 电压偏差 频率偏差 功率因数低 三相电压不平衡度 谐波（波形畸变） 电压波动与闪变 暂时过电压与瞬态过电压5.1 概述 电能质量瞬态指标：半个周波（10ms)以内，如瞬变 电能质量暂态指标：从10ms 到1min，如骤升、骤降 电能质量稳态指标：1min以上，如过电压，电压中断5.1 概述 商用设备所能承受的交流电压波动范围瞬变130骤升：106130骤降：0 90%过压+106欠压-90%中断-605.1 概述 电压波动造成的危害

3、IT设备：电压波动超过40，持续时间超过12个周波（0.24s）时 ，导致数据丢失。 PLC （可编程控制器）： 早期的产品，电压低于10时，可工作 15个周波（0.3s）；电压低于(5060)时，停止工作； 数控设备：为保证产品质量和安全，工作电压波动范围一般为10 ，当电压低于此值、持续时间超过23个周波（0.040.06s） 时，保护性停机。 变频调速：当低于额定电压70，持续时间超过6个周波(0.12s)时 停机。精细加工业中的电机，电压波动10、持续时间超过3个周 波时，停机。 电机：当电压波动超过（5030）、持续时间超过1个周波，控 制开关就会跳闸。5.1 概述 电能质量相关国家

4、标准 GB 12325-90供电电压允许偏差； GB 12326-2000电压波动和闪变； GB/T 14549-93公用电网谐波； GB/T 15543-1995三相电压允许不平衡度； GB/T 15945-1995电力系统频率偏差； GB/T 18481-2001电能质量暂时过电压和瞬时过电压第五章 用户电力技术概论 5.1 概述5.2 目前配电网存在问题及用户电力的提出 5.3 固态断路器及故障电流限制器5.4 静止无功功率发生器 5.5 动态电压恢复器 5.6 用户电力控制器5.7 有源电力滤波器 5.8 用户电力技术提高供电质量举例5.2 目前配电网存在问题 目前配电网存在的问题 配

5、电网直接负荷区：这类负荷区离电源点较远，且负 荷变化快。输电系统受本身稳定性条件限制，输电线 路传输能力得不到充分利用，反而对配电网要求高。 配电网面对用户，尤其是配电网中大型电动机的起停 、电容器的投切都会造成电压瞬降、电压闪变、谐波 等不利于供电质量及可靠、灵活运行的因素。 许多负荷对电压波动很敏感，从而对电能要求高。例 如，当电压突然下跌持续时间超过23个基频周波时 ，一些精密加工机械的驱动电动机出力就受影响。5.2 目前配电网存在问题 目前解决配电网运行中问题的办法 现在的配电网中，虽已有良好的通信网络及计算机监 控系统，但因断路器是机电型的，有载调压装置也是 机电型的，且是分级调节方

6、式。无功补偿也是离散非 连续调节方式。因此，当配电网运行中出现上节所述 问题，需快速、连续、准确实现调控时，往往难达到 要求。 常用解决方法：安装备用电源自投，采用备用发电机 组，对每台对电源敏感的负荷安装不间断电源等方法 。第五章 用户电力技术概论 5.1 概述5.2 目前配电网存在问题及用户电力的提出 5.3 固态断路器及故障电流限制器5.4 静止无功功率发生器 5.5 动态电压恢复器 5.6 用户电力控制器5.7 有源电力滤波器 5.8 用户电力技术提高供电质量举例5.3 固态断路器及故障电流限制器 固态断路器SSB是由大功率门极可关断晶闸管（GTO）或晶闸管（SCR）构成的交流可控开关

7、。SSB由两只GTO反向并联组成一个交流开关模块，并在 模块两端并上吸收保护装置（SNBR）。 由GTO特性可知，对一只导通的GTO，即使外施电压未 过零时，对其控制极施加一关断脉冲，则GTO经过不大 于2S的关断时间可关断回路，而其开通时间一般也 只为12S。故SSB是高速开关。 5.3 固态断路器及故障电流限制器 功能用途由于SSB跳闸时间极快，可提高系统故障切除时间或使停电时间缩短，并可选择合适的跳闸时刻，例如，选择在电流过零时动作，可降低过电压。SSB与故障限制器配合，则可构成功能更完备的断路器。 5.3 固态断路器及故障电流限制器 故障电流限制器 随着电力系统的短路容量日益增加，系统

8、短路电流也 急剧增大。 短路电流过大，需更换遮断容量大的断路器及相关电 气设备，则投资增大。 加装限流电抗器以限制短路电流。但在电网正常运行 时，电抗器有压降及损耗。若减少限流电抗，则又难 以达到短路时明显的限流目的。 采用故障电流限制器则能减轻断路器负担，从而选用 轻型断路器仍能保证良好的运行可靠性。5.3 固态断路器及故障电流限制器 工作原理限流器部分由SCR开关电路及限流电抗器组成。正常运行时，GTO导通，限流回路断开。当发生短路时，在短路电流达到第一个峰值前，GTO断 开，SCR闭合，使限流电抗器L串入短路回路，达到限流 目的。同时，由于GTO的迅速截断，将产生很大的 及 。故用ZnO

9、避雷器抑制 ，从而吸收保护抑 制。第五章 用户电力技术概论 5.1 概述5.2 目前配电网存在问题及用户电力的提出 5.3 固态断路器及故障电流限制器5.4 静止无功功率发生器 5.5 动态电压恢复器 5.6 用户电力控制器5.7 有源电力滤波器 5.8 用户电力技术提高供电质量举例5.4 静止无功功率发生器 静止无功功率发生器（SVG） 静止同步补偿器（STATCOM）或新型静止无功功率补偿 器（ASVC） 在高压输电系统，SVG是作为输电线路中间及受端的电 压支撑，从而提高输电线的输送容量和电力系统的稳 定性。 在配电网中，SVG多安装于变电站主变低压侧 作为良好的、连续可调的无功补偿装置

10、，以取代投切电容器组 或无功补偿器（SVC）。 还可作为一交流同步电压源，提供灵活的电压控制、抑制电压 波动。5.4 静止无功功率发生器5.4 静止无功功率发生器 SVG的组成及工作过程 根据直流侧储能元件的不同 ，SVG 分为采用电压型桥 式电路和电流型桥式电路两种类型 。SVG由直流电容器C，可控电压型三相变流器及与系统 连接的变压器T组成。三相变流器由GTO构成，变流器每个桥臂包括一个GTO 与一个反向并联二极管。控制GTO的通断，可使桥臂上 的电流既可正向也可反向流动。5.3 静止无功功率发生器 SVG 正常工作时通过电力电子开关 的通断将直流侧电压转换成交流侧 与电网同频率的输出电压

11、，就像一 个电压型逆变器 , 只不过其交流侧 输出接的不是无源负载，而是电网 。4.3 配电网中几种自动化开关器件5.4 静止无功功率发生器 SVG送入系统的有功功率及无功功率 0，P0，Q0，SVG吸收有功，发无功； 0，P0，Q0，SVG吸收有功，吸收无功； =0，装置与系统无功率交换。装置总要从系统 吸取一定的有功 功率来维持电容 器电压Ud及平衡 装置的损耗。5.4 静止无功功率发生器静止无功补偿器（SVC）：采用可控硅等电子开关传统无功补偿用断路器或接触器投切电容，没有机械运动部 分，所以该装置产生无功和滤除谐波是靠其电容和电抗 本身的性质产生的。 静止无功发生器（SVG）：采用GT

12、O/IGBT电力电子元器件构成的无功补偿装置，该装置产生无功和滤除谐波是 靠其内部电子开关频繁动作产生无功电流和与谐波电流 相反的电流。5.3 静止无功功率发生器 SVC与SVG控制方式的区别 SVC ：采用触发延迟角移相 控制原理，由外闭环调节器 输出的控制信号来控制 SVC 调节所需的等效电纳； SVG ：由外闭环调节器输 出的控制信号作为补偿器应 产生的无功电流 ( 或无功 功率 ) 的参考值，可以分 为间接控制和直接控制两大 类。5.3 静止无功功率发生器装 置项 目同步调相机(SC)饱和电抗器(SR)晶闸管控制电抗器(TCR或FC+TCR)晶闸管投切电容器(TSC)混合型静补装置(T

13、CR+TSC或TCR+MSC)静止无功发生器(SVG)响应速度慢较快较快较快较快快吸收无功连续连续连续分级连续连续控制简单不控较简单较简单较简单复杂谐波电流无大大无大小分相调节有限不可可以有限可以可以损耗大较大中小小很小噪声大大小小小很小5.5 动态电压恢复器 动态电压恢复器 配电网中由于系统事故，大型设备的起停、雷击等 原因引起的电压闪变、跌落等干扰都是无法避免的 ，而且供电中断后快速恢复供电能力远不能满足许 多敏感负荷的要求。因此，当出现干扰时，仍能向 用户提供稳定不间断的优质电力已是必需和迫切。 动态电压恢复器DVR是当今解决上述问题最好的选择 。DVR串接于需要优质电力的馈电线上，对该

14、线路实 现动态的实时电压补偿，使负荷端得到期望的优质 电力，保证敏感用户设备正常、不间断地运行。5.5 动态电压恢复器 DVR的结构 可控整流器的输出维持 直流电容C上电压为恒 定，作为逆变器的直流 电压源。 滤波器的作用在于对逆 变器输出电压滤去高次 谐波。 三相变压器的副边串接 于负载线路。 负载通常为敏感负荷。 5.5 动态电压恢复器对DVR输出的改变相角，对电压凹陷或突升均可补偿。 5.5 动态电压恢复器 DVR的工作原理 当电网电压不符合敏感负荷要求时，DVR通过 检测电网侧电压和/或负荷侧电压后，经控制策 略运算产生控制信号对逆变器进行控制。 DVR经串接变压器向馈电线注入幅值、相

15、角可 调的电压使负荷侧电压质量得到保证。整个响 应时间极短，仅为数毫秒，能满足动态补偿的 要求。 当按相控制时，可实现对不平衡三相电压的补 偿。 5.5 动态电压恢复器 控制方法 前馈控制：即开环控制方式。装置只测量电网侧电压US，并 给出期望的三相基波正序电压，从而检出需要补偿的谐波、 基波负序分量及基波正序跌落（或突升）电压，直接给出补 偿电压加到馈电线上。不存在稳定性，动态响应特性好，但 因变压器及线路阻抗影响，补偿的UD在大小及相位上均有偏 差。 反馈控制：即闭环控制方式，装置直接检测负荷侧电压UL， 并根据要求得到偏差信号来进行控制。补偿精度高于前馈控 制，但控制系统增益不能过大，以免影响稳定性。其动态响 应速度没有前馈控制快。 复合控制：即前两种方式的结合，它集中了两者的优点。 5.6 用户电力控制器 用户电力控制器（CPC）可视为SVG与DVR的结合。 两台变流器共用一个直流电容器C，C上的直流电压由变 流器1维持不变。并联的变流器1及变压器T1组成一个 SVG，而变流器2与变压器2组成一个DVR。 CPC可作配电变电站内无功补偿、调压、谐波抑制、提 高供电质量用。5.6 用户电力控制器统一潮流控制器：具有上述结构的装置应用到