[信息与通信]高压有源滤波器

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1、2018/9/2,XDVAR系列新型电网与负荷补偿装置（SSVC）,天津先导倍尔电气有限公司 清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所,天津市先导倍尔电气有限公司,主要内容,天津市先导倍尔电气有限公司,电力系统的无功平衡和电压崩溃,天津市先导倍尔电气有限公司,暂态电压稳定的主要诱因,严重故障 潮流大量转移 故障冲击造成低压 HVDC双极闭锁及相关事故 受端主力机组失磁负荷突增 特别是空调负荷的迅速大量增加功角稳定问题与电压稳定问题常常互为诱因,天津市先导倍尔电气有限公司,中国电力系统面临新的安全稳定考验,经济发展快带来的今后若干年用电持续紧张局面 长距离西电东输，交直流混合联网带来新的稳定问题

2、全国联网带来新的稳定问题 电力市场化带来新的安全风险 外购电源比例加大，负荷成分发生变化，中心负荷区动态无功支撑普遍不足,天津市先导倍尔电气有限公司,京沪穗等大负荷中心电网特点,抗暂态电压稳定的条件不断恶化 1)由于资源与环境等因素的限制，远方区外供电比例加大，负荷区内缺乏足够的动态电压支撑和动态无功储备。葛沪直流1200MW，长期预测3000-3500万千瓦 ，装机限制1500万千瓦-2000万千瓦 。 2)空调比例增加，负荷变化随机性加大，负荷事故时的调节特性变坏。 3)手动投切的补偿电容比例过大，恶化严重故障时的电压支撑能力。 4)电力电子技术的广泛应用，很多负荷对电压的灵敏度降低，不利

3、于电压的恢复。 220kV电网分区运行，加剧了区间动态无功储备不平衡 由于环保等因素的制约，有动态电压调节能力的发电厂和调相机不允许建在城区。 广东：接收西电约10000MW，其中3/4以上通过HVDC输送，而目前HVDC双级闭锁机率远大于交流线的三相短路！ 动态无功补偿是解决暂态电压失稳的有效措施。,天津市先导倍尔电气有限公司,用户侧供电可靠性与电能质量,问题的提出 现代社会用电设备对供电的靠性、电能质量的要求越来越高 ； 供电质量恶化造成产品质量的下降，带来重大经济损失；,供电可靠性和电能质量问题包括 供电中断(outage) 电压降落(voltage sag) 闪变（flicker） 脉

4、冲（impulse） 暂态升高（swell） 谐波（harmonic） 不平衡（unbalance）,供电可靠性和电能质量问题,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,动态无功补偿的作用,天津市先导倍尔电气电子有限公司,10,无功补偿的节能意义,减少系统中的无功电流分量的损耗,天津市先导倍尔电气有限公司,我国电网网络损耗,目前，我国的输电网络的网损在7.87.9，其中无功电流引起的网损在3%左右 发达国家的网损一般在5.5左右 法国电网的网损率在5% 东京电网的网损率在4.8% 节能目标，网损率6.0%6.5% 我国去年的总用电量达到了32458亿千瓦时，仅一个百分点的损耗达到

5、324.58亿千瓦时，相当于6台60万机组一年的满载发电量。,天津市先导倍尔电气有限公司,我国电网网络损耗,在10kV以下低压配电网中，网络损耗更加严重，普遍 达到15%以上，节电的空间更为巨大！,华中某县农网去年下半年网损统计,天津市先导倍尔电气有限公司,无功补偿的节能效率,配电网络中的就地无功补偿，可实现大量有功网损的节约。,假设有功电量不变的情况下，配电网无功补偿的节能效率,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,无功补偿的三种主要形式,MSC / MSR,52 kV 800 50 Mvar 500,机械投切式 电容/电抗,交流电抗器,机械式开关,交流电容器组,SVC,5

6、2 kV 800 50 Mvar 800,Static Var Compensator,交流电抗器,晶闸管阀,控制和保护,变压器,交流电容器组,SSVC,52 kV 800 50 Mvar 800,Static Synchronous Var Compensator,GTO/IGBT/IGCT阀,控制与保护,变压器,直流电容,静止补偿:机械开关投切电子开关投切(过零点投切)本质: 固定容量的投切风险: 谐振,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,SVC,自身产生较大谐波，需与无源滤波器配合使用；装置占地面积大；效率低；响应速度慢（40ms-60ms）易产生谐振过电压、损坏电容

7、器；低压时补偿效果下降迅速,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,19,SSVC的构成,SSVC是由链式静止同步补偿器（STATCOM/DSTATCOM，又称为SVG）和固定电容器共同构成的;按各自容量的不同可组合成各种补偿范围的有源动态无功和谐波补偿装置。其中的SVG不同于传统SVC的阻抗补偿（靠电容器和电抗器发出和吸收无功）原理，而是基于电压源自换相换流器，原理上等效于静止的同步调相机，但性能上又远优于调相机和SVC。,天津市先导倍尔电气有限公司,静止无功发生器 STATCOM(STATic Synchronous COMpensator) 又名 SVG(Static V

8、ar Generator),电力主网补偿与负荷补偿,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,22,SSVC工作原理,天津市先导倍尔电气有限公司,静止“调相机”(STATCOM),Line,Load,Electronic,Generator,for Reactive,Power,天津市先导倍尔电气有限公司,静态特性,系统电压 (p.u.),STATCOM,TCR,TSC,0.4,容性电流,感性电流,0,1.0,天津市先导倍尔电气有限公司,占地面积,STATCOM,SVC,英国箱式SVG(75M )的一相在搬运中,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,占地面积,S

9、TATCOM占地是SVC的1/51/3,资料来源：SIEMENS,天津市先导倍尔电气有限公司,动态响应,资料来源：ABB,SVC：23周波 STATCOM：12周波,天津市先导倍尔电气有限公司,响应速度,SSVC的快速动态响应 (小于10ms),响应速度越快 对闪变抑制效果越好,天津市先导倍尔电气有限公司,典型SVC与典型SSVC损耗的比较,典型0100Mvar SSVC,典型0 100Mvar SVC,天津市先导倍尔电气有限公司,典型SVC与典型SSVC运行损耗的比较,100M SVC如果需要保持额定动态无功输出量，正常时100M 的可控电抗器（TCR）需运行在满载状态（装置整体输出为空载，

10、固定电容器的容性无功被TCR的感性无功全部抵消），按1损耗计算，每天需2.4万度电，按0.5元/度计算，每年耗电约400万元，是同容量SSVC的2-3倍。 如果TCR平时运行在空载/轻载状态，则系统电压跌落时无法提供足够的动态无功支撑，作用只相当于一台小容量SSVC。,天津市先导倍尔电气有限公司,SSVC的价格,以输出0100Mvar动态无功为例 SSVC：50Mvar固定电容器50MVA 链式STATCOM：200元/kvar左右;0100Mvar SVC：200元/kvar 随功率半导体器件价格的下降，SSVC价格下降空间大。 考虑其与SVC同容量补偿效果的差别及性能、运行损耗的差别，SS

11、VC性价比更高。,天津市先导倍尔电气有限公司,-50M+150M SSVC与SVC比较,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气电子有限公司,35,用于输电系统的SSVC部分统计,天津市先导倍尔电气有限公司,在负荷补偿中的应用,三菱公司从1986年至2003年期间，安装了近200台SSVC，容量在0.1到60Mvar之间 ； 东芝公司投运多台10M/20M SSVC用于电弧炉的动态补偿； ABB公司已推出系列的SVC-LIGHT（即SSVC），用于系统及用户补偿； 西屋公司为加拿大BC省阿达姆湖伐木场提供了一台2MVAR的SSVC，保证了该伐木场的正常工作； 西门子公司为丹麦某风力发电场

12、提供的两台4MVAR对于其风力发电设备的稳定运行起了重要作用； 美国S&CS公司的系列PUREWAVE SSVC，用于补偿冲击负载引起的电压跌落和闪变。,天津市先导倍尔电气电子有限公司,37,炼钢厂电弧炉引起电能质量分析,炼钢厂供电系统及交流、直流电弧炉设备构成,负荷冲击：炉料熔化期间电弧的不稳定，给系统带来有功、无功冲击。无功功率的冲击带来了母线电压的持续波动，造成了闪变现象的产生。 不平衡：交流电弧炉三相放电电弧的差异造成负荷电流不平衡。 谐波：直流电弧炉5次谐波电压及总谐波畸变率超过国标规定。,天津市先导倍尔电气有限公司,1.6M DSTATCOM实际运行情况,隔天生产，19小时，6炉钢

13、，6吨/炉,母线电压有效值曲线,母线电压瞬时闪变强度曲线,DSTATCOM稳定了母线电压，有效抑制瞬时闪变强度,天津市先导倍尔电气有限公司,1.6M DSTATCOM给炼钢企业带来的经济效益,稳定电压 提高功率输入效率,1.8万/月,22万/年,生产能力 提高,20,540万/年,有功输入增加情况,有无补偿吨钢电耗/炉钢时耗变化,以500元/kVA算，2M投资为100万，则以节省电费算4.5年可收回投资。 生产能力的提高带来更多的经济效益。,电费节省,天津市先导倍尔电气有限公司,在钢厂应用的效益,瑞典的Uddeholm Tooling 钢铁公司在1999年为其66 吨电弧炉配置了22MVar的

14、SSVC 装置。安装SSVC后钢厂的各项指标变化如下表。该钢厂每年节能降耗和增产的经济效益总和可达千万元人民币.,天津市先导倍尔电气有限公司,我国 STATCOM的研制,94年电力部重点科技攻关项目20Mvar STATCOM，清华与河南省电力局合作，99年投运，00年通过部级鉴定；当选00年全国高校十大科技成就之一，02年获国家奖； 2002年11月国家电网公司重点科技攻关项目：“上海电网黄渡分区50Mvar STATCOM示范工程”通过立项评审。 项目分为两部分：1）电力系统暂态电压稳定的控制-50Mvar STATCOM关 键技术问题的研究2004年1月通过评审2）西郊变电站50Mvar

15、 STATCOM装置的研制2004.32006.3 50Mvar STATCOM装置2006年2月28日并网运行，3月7日完成全部现场试验，4月10日通过国家电网公司组织的验收，认为核心技术达到国际领先水平。,天津市先导倍尔电气有限公司,本产品已经广泛推广于:天津等地的钢铁企业;昆明等地的采矿业;上海等地的国家电网;河北等地的铁路电网;内蒙等地的风电厂,天津市先导倍尔电气有限公司,天津市先导倍尔电气有限公司,SSVC主电路方案,三电平变流器,器件直接串联 谐波较大 dv/dt大 绝缘要求高,多重化变流器,变压器占地大，成本高 无冗余运行能力 磁非线性导致过电压和过电流 绝缘由变压器承担,变压器隔离链式逆变器,具有冗余运行能力 各逆变单元可共用直流电容 变压器较复杂 绝缘由变压器承担,天津市先导倍尔电气有限公司,XDVAR SSVC基于链式换流器器,输出电压,+U,-U,0,天津市先导倍尔电气有限公司,无连接变压器，减小了占地面积，降低了装置成本，提高了装置效率 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 采用冗余功率模块，提高了装置可靠性 避免了多重化逆变变压器激磁回路中剩磁和饱和非线性导致的装置过电压和过电流 可 做成移动式装置，便于灵活配置，提高装置使用率,天津市先导倍尔电气有限公司,50M SSVC构成,占地：20m18m,天津市先导倍尔电气有限公司,