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文檔簡介
7電能質(zhì)量控制技術(shù)
7.1概述 “控制”——控制、抑制、緩解、減緩、消除傳統(tǒng)電能質(zhì)量: 電壓偏差的調(diào)整—無功補(bǔ)償來支撐電壓的穩(wěn)定 頻率偏差的調(diào)整—有功的調(diào)整(電廠) 三相不平衡的補(bǔ)償—補(bǔ)償、合理分配單相負(fù)荷 現(xiàn)代電能質(zhì)量: 諧波的抑制 電壓波動與閃變的控制 電壓暫降與短時間中斷的緩解
現(xiàn)代電能質(zhì)量的特點(diǎn)是變化快,傳統(tǒng)的方法是很難進(jìn)行實(shí)時的補(bǔ)償或控制,因此現(xiàn)代電能質(zhì)量控制技術(shù)是基于電力電子技術(shù)、蓄能技術(shù)、信息處理技術(shù)發(fā)展起來的。5/3/20231編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)電力電子器件: 正在向高耐壓、大電流、低損耗及高頻化方向發(fā)展儲能: 鉛酸電池、NaS電池、飛輪儲能、超級電容、超導(dǎo)儲能信息處理: 檢測、控制、通訊、數(shù)據(jù)共享本章主要內(nèi)容:
現(xiàn)代電能質(zhì)量控制技術(shù):諧波的抑制、電壓波動與閃變的控制、電壓暫降與短時中斷的緩解5/3/20232編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)7.2電力諧波抑制技術(shù)一、電源設(shè)備與諧波控制發(fā)電機(jī)在三相發(fā)電機(jī)中,采用星形連接,線電動勢中不出現(xiàn)3次及倍數(shù)次諧波電動勢。凸極同步發(fā)電機(jī)采用適當(dāng)?shù)臉O靴寬度和不均勻的氣隙長度,使氣隙磁場的波形盡可能接近正弦分布。采用短距繞組繞組的分布等 采用以上措施后,發(fā)電機(jī)的諧波電動勢畸變率小于1(近似理想正弦波)變壓器 通過其繞組的巧妙連接,可有效減少某些次數(shù)的諧波。如三角形連接的變壓器可有效消除3次及其倍數(shù)次諧波。電容器的合理配置(避免諧振、放大)5/3/20233編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)二、整流設(shè)備與諧波控制1、增加整流裝置的脈動數(shù)
整流裝置產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù):
h=kp±1(k=1,2,…)p脈動數(shù) 當(dāng)脈動數(shù)增多時,次數(shù)較低、幅度較大的諧波得到消除,諧波源產(chǎn)生的諧波電流將減小。
5/3/20234編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)2、PWM整流器3、功率因數(shù)及波形校正技術(shù)電流連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM) 控制電流跟蹤電壓波形,使功率因數(shù)接近1不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM) 采用高頻開關(guān)器件控制電流
5/3/20235編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)三、交流濾波器 利用電容與電感形成無源濾波器,能夠有效濾除某次或某些次的諧波。理論上講,當(dāng)某次諧波濾波器調(diào)諧到該頻率時,濾波器所呈現(xiàn)的阻抗為零,可全部吸收該次諧波。1、單調(diào)諧濾波器 單調(diào)諧濾波器通常以需消除的h次諧波頻率為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)基波頻率為f1,諧振頻率為: 品質(zhì)因數(shù)一般取30~60.5/3/20236編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)2.雙調(diào)諧濾波器
雙調(diào)諧濾波器是調(diào)諧到兩個串聯(lián)諧振頻率的濾波器串聯(lián)回路調(diào)諧頻率:并聯(lián)回路調(diào)諧頻率:一般取串、并調(diào)諧頻率相等5/3/20237編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)雙調(diào)諧濾波器的無功補(bǔ)償 在工頻頻率點(diǎn),串聯(lián)回路呈容性,并聯(lián)回路呈感性,無功由串聯(lián)回路電容實(shí)現(xiàn),忽略并聯(lián)回路的感性影響,有:特點(diǎn): 兩個串聯(lián)諧振點(diǎn),1個并聯(lián)諧振點(diǎn) 構(gòu)成復(fù)雜、調(diào)諧困難5/3/20238編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)3、二階減幅濾波器 二階減幅濾波器是在實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛的高通濾波器,用于吸收某次及以上的各次諧波截止頻率結(jié)構(gòu)參數(shù):品質(zhì)因數(shù):一般取0.7~1.4濾波器工程設(shè)計(jì)原則:濾除諧波無功補(bǔ)償?shù)囊笥捎谙到y(tǒng)阻抗往往呈現(xiàn)為感性,為防止對調(diào)諧點(diǎn)諧波電流的放大,單調(diào)諧濾波器的調(diào)諧次數(shù)應(yīng)偏離所要濾除的主要諧波的次數(shù)。一般情況下,可選取調(diào)諧次數(shù)為所要濾除的主要諧波的次數(shù)的0.96~0.98倍。5/3/20239編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)四、有源電力濾波器 有源電力濾波器采用與交流濾波器完全不同的原理,通過產(chǎn)生與補(bǔ)償諧波形狀一致、相位相反的電流,來抵消非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流,以使諧波不流入公共供電回路。 即:負(fù)荷需要的諧波由補(bǔ)償裝置提供,系統(tǒng)只提供基波電流,達(dá)到消除諧波的目的。負(fù)荷電流濾波器提供的補(bǔ)償電流濾除諧波無功補(bǔ)償+濾除諧波5/3/202310編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)特點(diǎn): 補(bǔ)償快、動態(tài)性能好、性能穩(wěn)定、體積小、可補(bǔ)償所有諧波。例:5/3/202311編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)7.3電壓波動與閃變的抑制技術(shù) 電壓波動與閃變通常由波動性或沖擊性負(fù)荷造成,波動與閃變的程度與供電系統(tǒng)短路容量的大小、供電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及負(fù)荷的用電特性等有關(guān)一、用電設(shè)備特性的改善1、異步電動機(jī)啟動方式的改善 降壓啟動、自藕變壓器啟動、串接變阻器啟動、軟啟動、采用變頻調(diào)速裝置2、電弧爐特性的改善 裝設(shè)電抗器對沖擊電流進(jìn)行限制5/3/202312編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)二、供電能力的提高為大容量波動性負(fù)載架設(shè)專用線路,一般將大容量波動性負(fù)荷用戶接到較高電壓等級的供電系統(tǒng)。采用母線分段或多設(shè)配電站的方法將波動性負(fù)荷與一般負(fù)荷適度隔離。對于易受擾動的靈敏負(fù)荷,在其附近安裝一臺電源設(shè)備。三、補(bǔ)償措施的采用 無功功率的不平衡是電壓波動與閃變的主要原因。因而,具有快速無功功率補(bǔ)償控制功能的裝置能夠?qū)﹄妷翰▌雍烷W變起到很好的抑制作用。5/3/202313編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)1、靜態(tài)無功補(bǔ)償器(SVC)最常用SVC的基本元件為晶閘管控制的電抗器TCR和晶閘管投切的電容器TSC。為了降低SVC的造價,大多數(shù)SVC通過降壓變壓器接入系統(tǒng)。由于閥的控制作用,SVC將產(chǎn)生諧波電流,為降低諧波污染,SVC中還要有濾波器。5/3/202314編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)TCR支路由電抗器與兩個背靠背連接的晶閘管相串聯(lián)構(gòu)成。通過控制晶閘管的觸發(fā)延遲角,可以控制每個周波內(nèi)電感L接入系統(tǒng)的時間長短,從而改變TCR的等值電抗。設(shè)加在TCR支路上的系統(tǒng)電壓為正弦,波形如下:TCR支路的等值基波電抗為由此可見,TCR支路的等值基波電抗是導(dǎo)通角或者觸發(fā)角的函數(shù)。調(diào)整觸發(fā)角可以平滑地調(diào)整并聯(lián)到系統(tǒng)中的等值電抗。5/3/202315編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)電容器組與晶閘管可控電抗器并聯(lián)形成的靜止無功補(bǔ)償器
正??刂品秶鸀榫€段AB,其斜率為正,補(bǔ)償?shù)臒o功大小由晶閘管觸發(fā)角決定
特點(diǎn):電容器的分組投切可提供不連續(xù)的容性無功功率,晶閘管控制的電抗器可提供連續(xù)的感性無功功率。 補(bǔ)償器工作在感性模式時,會產(chǎn)生大量諧波。5/3/202316編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)可控電容與可控電抗組成的靜止無功補(bǔ)償器
2、靜止無功發(fā)生器(SVG-STATCOM)
SVG的逆變器通過中間變壓器與電力系統(tǒng)連接,逆變器的輸出電壓與電力系統(tǒng)電壓始終保持同頻同相。通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的大小,可控制加在中間變壓器上的電壓的大小與方向,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)無功吸收與補(bǔ)償?shù)目刂啤?/3/202317編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)SVG提供的電流:空載模式:容性模式:電流超前系統(tǒng)電壓,向系統(tǒng)提供容性無功,大小可調(diào)節(jié);感性模式:電流滯后系統(tǒng)電壓,向系統(tǒng)提供感性無功,大小可調(diào)節(jié);有源濾波模式:通過調(diào)節(jié),產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流所需的電流。5/3/202318編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)靜止無功發(fā)生器的特點(diǎn):SVG具有更好的出力特性。無功功率只隨電壓的降低按一次方關(guān)系下降。采用PWM控制,具有更快的響應(yīng)特性。無功調(diào)節(jié)不是通過控制容抗或感抗的大小實(shí)現(xiàn)的,因而無需直接與系統(tǒng)連接的電容器或電抗器,不存在系統(tǒng)諧振問題,且大大減小了設(shè)備的體積。SVG可用于三相不平衡負(fù)荷的動態(tài)補(bǔ)償。SVG具有有源濾波器的特性3、補(bǔ)償率和改善率…5/3/202319編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)7.4電壓暫降和短時間中斷的抑制技術(shù) 屬于瞬變電能質(zhì)量的范疇;電力系統(tǒng)故障是造成電壓暫降和短時間中斷的主要原因一、電壓暫降緩解對策1、減少故障數(shù)目 (1)架空線入地。(2)架空線加外絕緣(3)對剪樹作業(yè)嚴(yán)加管理。(4)架設(shè)附加的屏蔽導(dǎo)線。(5)增加絕緣水平。(6)增加維護(hù)和巡視的頻度。5/3/202320編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)2、縮短故障清除時間
縮短故障清除時間雖然不能減少電壓暫降發(fā)生的次數(shù),但卻能明顯地減少電壓暫降的深度及持續(xù)時間。采用固態(tài)開關(guān)。GTO:負(fù)荷開關(guān)SCR:斷路器原理:過流時,GTO立即關(guān)斷,電流經(jīng)電抗器限流后流經(jīng)SCR,在第一個過0點(diǎn)關(guān)斷,速度快5/3/202321編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)3、改變供電方式在靈敏負(fù)荷附近裝設(shè)1臺電源。采用母線分段或多設(shè)配電站的方法來限制同一回供電母線上的饋線數(shù)。在系統(tǒng)中的關(guān)鍵位置安裝限流線圈,以增加與故障點(diǎn)間的電氣距離。對于高敏感負(fù)荷,可以考慮由兩個或更多電源供電。4、安裝緩解設(shè)備UPS、DVR5、提高用電設(shè)備的抗擾能力5/3/202322編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)1、多電源供電方式的采用因?yàn)椋?母線2的電壓基本不受母線1上故障線路的影響2、母線分段并增設(shè)電抗器 采用母線分段來限制同一回供電母線的饋線數(shù),并在系統(tǒng)中的關(guān)鍵位置安裝限流線圈來增加與故障點(diǎn)間的電氣距離,可有效提高敏感負(fù)荷在暫降發(fā)生時的電壓幅度。
這種方法可能會使某些用戶的電壓暫降更加嚴(yán)重。
5/3/202323編輯課件7電能質(zhì)量控制技術(shù)三、配電系統(tǒng)與用戶設(shè)備接口處的補(bǔ)償措施 補(bǔ)償技術(shù)最常用的手段是通過有功和無功的注入來補(bǔ)償供電系統(tǒng)有功和無功的
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