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电能质量污染的治理

更新时间:2016-04-19 点击数:284

1  治理的基础性工作

  首先要掌握供电网络运行状态,对电能质量开展实时监测,以掌握其动态;第二是分析诊断其变化,即在详细分析电能质量数据的基础上,利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析,排除虚假的谐波干扰;第三是开展系统的合理设计和改造,变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询,线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施,以降低线损,降低设备损失事故,最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试,以了解治理后的效果,并总结经验。

  2 SVC装置

  近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置,已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿,它可使所需无功功率作随机调整,从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。

  Qi=QD+QL-Qc  (2)

  式(2)中Qi、QD、QL、Qc分别为:系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率,单位均为kvar。

  当负荷产生冲击无功△QD时,将引起

  △Qi=△QD+△QL+△Qc  (3)

  其中△Qc=0,欲保持△QC不变,即△Qi=0,则△QD=-△QL,即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整,此时电压水平能保持恒定不变。

  SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成,主要有四种型式:

  (1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称TCR型)SVC,它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节,它具有反应时间快(5~20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节,能平衡有功,适用范围广,价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制,有较好的抑制不对称负荷的能力,因而在电弧炉系统中采用最广泛,但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术,对维护人员要专门培训提高维护水平。

  (2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型),优点与TCR型差不多,但高阻抗变压器制造复杂,谐波分量也略大一些。由于有油,要求一级防火,只宜布置在一层平面或户外,容量在30Mvar以上时价格较贵,不能得到广泛采用。

  (3)可控硅开关控制电容器型(TSC):分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波,损耗小,但是它是有级调节,综合价格比较高。

  (  4)自饱和电抗器型(SSR型):维护较简单,运行可靠,过载能力强,响应速度快,降低闪变效果好,但其噪音大,原材料消耗大,补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流,无平衡有功负荷的能力。

  3  无源滤波装置

  该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既满足无功补偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。

  国际上广泛使用的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。

  1)单调谐滤波器:一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单;缺点是电能损耗比较大,但随着品质因数的提高而减少,同时又随谐波次数的减少而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,因此,基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波损耗可减少20~50%,属节能型,滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其它次选用二阶单调谐滤波器。

  2)高通(宽频带)滤波器,一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,通过参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。

  4 有源滤波器  

  虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段广泛用于配电网中,但由于滤波器特性受系统参数影响大,只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波会产生放大作用,甚至谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter,缩写为APF)。

  APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比,有以下特点:

  a.不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理;

  b.滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;

  c.具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点。

  5  系统化综合补偿技术

  近段时间提出的系统化综合补偿技术是解决电能质量问题的"治本"途径。对于稳态时的电压质量问题有许多成熟的措施加以解决;但对于动态电能质量问题,依靠传统的无功补偿和常规的滤波装置则不能有

  效地解决,因为诸如电压跌落(sags)、浪涌(surge)、电压脉冲(impulse)与瞬时供电中断(outage)这类电能质量问题持续的时间很短、变化很快,并且有的电能质量问题还伴随着部分甚至全部的有功损失等情形。

  作为FACTS(基于电力电子技术的灵活交流输电系统)技术与配电系统应用的延伸一DFACTS技术(又称Custompower技术)已成为改善电能质量的有力工具,该技术的核心器件IGCT,它比GTO具有更快的开关频率,并且关断容量已达到一定规模,因此DFACTS装置具有更快的响应特性。目前DFACTS装置主要有:动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D-STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。

  STATCOM在SVC装置基础上,克服了由于呈恒阻抗特性,使得在电压低时,无法提供所需的无  功支持,应付突发事件的能力较弱;而且占地面积大,过多的SVC易引发系统振荡的弊端,STATCOM的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定,在电压低时仍能提供较强的无功支撑,并且可从感性到容性全范围内连续调节,使得其无功输出相当于同容量SVC的1.4~2倍;因STATCOM的灵活调压,还可以大大减少变压器分接头的切换次数,从而减少分接头故障次数,另外,STATCOM还可以抑制电压闪变,提高系统暂态稳定水平,结合我国的国情和已有的技术,发展STATCOM应是解决我国电压稳定问题的有效手段,并且也是DFACTS技术发展的主要方向。

  DVR则是目前保证对敏感负荷供电质量非常有效的串联补偿装置,因为它通过自身的储能单元,能在ms级内将电压跌落补偿至正常值,因此是抑制动态电压干扰的有效补偿装置,它主要由储能单元、DC/AC逆变器模块、连接变压器等部分组成,储能容量可根据用户电压跌落统计数据确定,逆变器的模块一般采用由IGBT构成三相全桥结构,采用PWM调制方式,这种结构控制灵活,便于分相补偿。因而DVR与消除电压跌落,提高大型综合性敏感工业负荷的供电质量方面有显著的效果。

  SSTS一般与D-STATCOM配合使用,用于保障由多回独立馈线对重要负荷的供电质量,当馈线发生故障或电压跌落时,利用SSTS的快速切换特性(切换速度不到半个周期)将重要负荷切换到由另一条馈线供电,切换期间D-STATCOM可向重要负荷提供1~2个周期的电能支撑。

 结语  

  随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用,一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高,电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。当今威胁信息电力质量的主要干扰除了谐波、电压波动外,更多为人们所关注的将是电压暂降和短时断电、电压闪变等动态电能质量问题;我们应因地制宜,对症下药,在深入调研、现场实测、试验研究的基础上,运用FACTS和电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿,这将是今后解决电能质量问题的最根本途径。


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