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1、钢铁工业电能质量 高度分析,李令冬 安徽大学教育部电能质量工程研究中心 宝钢安大电能质量有限公司 2012年5月,引言,1,主题内容,电能质量限值计算,2,2,2,变频轧机电能质量高度分析,4,4,交流电弧炉电能质量高度分析,3,4,4,配电网高级仿真技术,5,4,结论,6,一、 引言,现代钢铁厂生产的规模化、现代化、高速化及分布式电源接入使其配电系统结构越来越复杂，运行越来越接近极限状态。电网中任一单元失控都可能使系统陷入生存危机状态，给钢铁生产造成重大损失。 本报告将对现代钢铁配电技术中的PQ限值计算、变频轧机的高次谐波放大、电弧炉的无功冲击和间谐波、含分布式电源配电网的高级仿真等重要问题
2、进行高度分析，并给出了解决方案，供相关工程技术人员参考。,二、电能质量限值计算,电能质量限值计算意义和存在问题,公用电网与电力用户连接点的电能质量限值,2,电力用户内部供电点的电能质量限值,3,1,低压电力设备电磁兼容限值,3,3,4,1.电能质量（PQ）限值计算的意义和存在问题,电能质量标准通过电能质量限值协调供电公司、电力用户和设备制造商三者之间的利益，使全社会电力成本最低。,二、电能质量限值计算,1.电能质量（PQ）限值计算的意义和存在问题,目前，PQ限值计算中存在如下问题： （1）用公用电网PQ标准计算电力用户内部供电点的PQ限值，增加了电力 用户和电力设备制造商的PQ成本。 （2）混
3、淆了供电质量和用电质量的区别，造成供用电合同责任条款错置。 （3）混淆了电压质量和电流质量的区别，造成PQ控制方案的错误。 （4）对接于同一公共供电点的电力用户等权分配电能质量限值，增加了全 社会的PQ成本。,二、电能质量限值计算,2.公用电网与电力用户连接点的电能质量限值 PQ限值按以下标准规定计算：,二、电能质量限值计算,GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差 GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压偏差 GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变 GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡 GB/T 14549-1993 电能质量
4、 公用电网谐波 GB/T 24337-2009 电能质量 公用电网间谐波,3.电力用户内部供电点的电能质量限值,二、电能质量限值计算,GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差 GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压偏差 GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变 GB/T15543-2008 电能质量 三相电压不平衡,系统频率偏差、电压偏差、波动与闪变、三相不平衡度的限值参照以下标准计算：,谐波电压和谐波电流按照如下标准计算：,GB/Z 17625.4-2000/IEC61000-3-6:1996（TR2） 电磁兼容 限值 中高压电力系统中畸变负荷发
5、射限值的评估,3.电力用户内部供电点的电能质量限值,二、电能质量限值计算,要特别强调的几个问题：,（1）对于电机负荷，供电终端电压偏差应控制在-3% +2%之间； （2）对于电机负荷，供电终端负序电压应控制在1%以内； （3）对于电弧炉等专线供电的电热负荷，供电终端的电压波动与闪变指标可以 放宽为公用电网PQ标准限值的2倍左右。,4.低压电力设备电磁兼容限值,二、电能质量限值计算,谐波电压和谐波电流按照如下标准计算：,GB 17625.1-2003/IEC61000-3-2:2001 电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流16A） GB/Z 17625.6-2003/IEC6100
6、0-3-4:1998（TR） 电磁兼容 限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限值,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,摘要,测试分析,2,仿真与治理,3,1,1.摘要,（1）现代变频装置由于开关器件工作频率高，会出现50次100次的高次谐波，几乎所有的大型轧钢都存在此类问题。 （2）轧钢厂10kV配电系统的配电电缆密度高，电缆电容会使50次100次的高次谐波严重放大，严重影响系统的安全经济运行。 （3）设置高通滤波器可使谐振点移至非特征谐波处，并有效地滤除高次谐波。,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,2.测试分析测试图,IN,h负载（谐波源）向系统网络的h次谐波电流；
7、 IS,h 系统负载（谐波源）流向系统电源的h次谐波电流； IL1,h负载（谐波源）流向负载L1的h次谐波电流。 注：IS,h与IN,h同时测量；IS,h与IL1,h不是同时测量。,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,TCM酸轧机馈线测点电压电流波形与频谱,2.测试分析频谱图,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,2.测试分析频谱分析报表,TCM酸轧机馈线测点主导谐波电压和谐波电流（C相）,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,10kV-HB段母线进线测点电压电流波形与频谱,2.测试分析频谱图,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,10kV-HB段母线进线测点主导谐波电压和谐波电流（C相）,三、变频轧机高次
8、谐波问题高度分析,2.测试分析频谱分析报表,SAL电工钢馈线测点电压电流波形与频谱,2.测试分析频谱图,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,SAL电工钢馈线测点主导谐波电压和谐波电流（C相）,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,2.测试分析频谱分析报表,A.电缆电容 10kV-HB段电缆电容基波电流为46.24A，酸轧机组电缆电容基波电流为9.48A，因此从TCM酸轧机馈线测点往系统网络看，系统网络电缆电容基波电流为36.76A。于是，在基波频率时，系统网络电缆工频电容为C1=6.752f。 B 仿真条件 10kV各段母线独立运行，10kV-HB段母线运行短路容量为410MVA ，各供配电设备及用
9、电设备正常工作，原3、5、7次滤波器投入运行。 C 仿真内容 输出KI,hh 曲线，h=080,电缆电容是工作频率的函数，电缆电容随频率升高而减小，目前供应商还不能提供准确的函数关系，我们只是测量了电缆电容在3300Hz附近电缆电容C与基波时电缆电容C1的定量关系：C=0.55C1 。对于本案例，电缆相电容为6.7520.55=3.714f，对于低频段，由于容抗远大于系统阻抗，对仿真结果几乎没有影响。,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,3.仿真与治理治理前谐波潮流仿真说明,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,3.仿真与治理治理前谐波潮流仿真结果,治理方案：在10kV-HB段母线上安装电容器组，每
10、相电容4.92f。,三、变频轧机高次谐波问题高度分析,3.仿真与治理治理方案,四、交流电弧炉电能质量高度分析,摘要,1,交流电弧炉功率运行曲线,2,交流电弧炉运行对电能质量的影响分析,2,3,SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析,4,1.摘要,交流电弧炉对电网电能质量影响评估和SVC功能评价是优化交流电弧炉供配电系统设计与运行的重要依据。以下以某钢厂150吨交流电弧炉为例，正确地绘制了交流电弧炉的功率（P-Q）运行曲线和供电效率（p-Q）曲线；系统地评估了交流电弧炉对电网电能质量的影响；全面地评价了SVC功能。,四、交流电弧炉电能质量高度分析,2.交流电弧炉功率运行曲线交流电弧炉供配电系统单线
11、图,四、交流电弧炉电能质量高度分析,2.交流电弧炉功率运行曲线功率计算等值电路,四、交流电弧炉电能质量高度分析,A点为功率检测点（电弧炉33kV进线受端）， B点为短路点（电弧炉变压器二次侧出线末端）。,2.交流电弧炉功率运行曲线基本计算公式,四、交流电弧炉电能质量高度分析,短路电流：,电弧电流：,电弧炉功率：,电弧功率：,电弧炉供电效率：,2.交流电弧炉功率运行曲线（以某钢厂150吨EAF为例）,四、交流电弧炉电能质量高度分析,2.交流电弧炉功率运行曲线（以某钢厂150吨LF为例）,四、交流电弧炉电能质量高度分析,3.交流电弧炉运行对电能质量的影响分析电弧炉功率控制,四、交流电弧炉电能质量高
12、度分析,（1）电弧炉功率允许工作范围 如上图中的粗框圈定的范围为电弧炉允许工作范围。电弧炉允许工作范围由六条曲线围成：最高电压视在功率曲线、最大允许工作电流、最高运行功率曲线、最低运行功率曲线、允许最大功率因数曲线、允许最小功率因数曲线。 （2）可控状态 对应电弧炉变压器二次侧运行电压的有功功率控制在P-Q运行曲线中允许工作范围内的操作状态。 （3）不可控状态 对应电弧炉变压器二次侧运行电压的有功功率不能控制在P-Q运行曲线中允许工作范围内的操作状态。,3.交流电弧炉运行对电能质量的影响分析,四、交流电弧炉电能质量高度分析,可控状态下最大有功冲击计算值和测量值比较表,最大有功冲击计算：,可控状
13、态下最大无功冲击计算值和测量值比较表,最大无功冲击计算：,3.交流电弧炉运行对电能质量的影响分析,四、交流电弧炉电能质量高度分析,最大负序电流计算值和测量值比较表,最大负序电流计算：,3.交流电弧炉运行对电能质量的影响分析,四、交流电弧炉电能质量高度分析,不同公司采用的EAF谐波电流计算汇总表,谐波电流计算：,3.交流电弧炉运行对电能质量的影响分析,四、交流电弧炉电能质量高度分析,EAF间谐波分布柱状图：,3.交流电弧炉运行对电能质量的影响分析,四、交流电弧炉电能质量高度分析,EAF间谐波特征分析：, 间谐波电流主要分布在h=0.13.5范围内； h=0.11.5范围内的间谐波电流最大，特别是
14、小于1的间谐波电流较大。小于1的间谐波电流会使变压器在高功率运行时出现深度饱和。 h=1.52.5范围内的2次谐波电流和间谐波电流幅值比较均等，因此对2次单调谐滤波器，由于间谐波电流被放大而容易过载。而2阶C型高通滤波器，由于其高阻尼而不会出现过载问题，但滤波效果不会太好。 3次谐波附近的间谐波电流较大，但远小于3次谐波电流，且呈“”状，系统中可以应用3次单调谐滤波器。,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析SVC系统图,四、交流电弧炉电能质量高度分析,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析改善效果对比,四、交流电弧炉电能质量高度分析,（1）减小了无功冲击 ：,（2）减小了最大电压下降
15、，但最大电压变动增大,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析改善效果对比,四、交流电弧炉电能质量高度分析,（3）减小了电压闪变 ：,（4）减小了电压偏差,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析改善效果对比,四、交流电弧炉电能质量高度分析,（5）减小了负序电流和负序电压 ：,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析改善效果对比,四、交流电弧炉电能质量高度分析,（6）减小了注入系统的谐波电流 ：,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析经济性能,四、交流电弧炉电能质量高度分析,（1）提高了电弧炉的有功功率输入和供电效率，从而缩短了冶炼时间：,（2）提高了33kV进线的功率因数 ：,（3）SVC的损耗 ：,测试数据表明，SVC正常运行时，平均的有功功率损耗为1.16MW，,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析TCR调节时间,四、交流电弧炉电能质量高度分析,定义：从EAF无功发生阶跃突变开始，到总馈线无功调整至最大无功冲击的5%时的时间为TCR的调节时间。,4. SVC对交流电弧炉电能质量的改善分析SVC功能综合评价,四、交流电弧炉电能质量高度分析,（1）SVC对供配电系统电能质量改善效果 ：,（2）SVC提高了电弧炉供配电系统运行的经济性,
