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高壓大容量有源濾波及無功補償

 發布時間:2019-03-25

跟着電力電子技能的開展,電力電子設備的容量不斷增大,其運用領域不斷擴展,運用的數量也在敏捷上升,給電網帶來越來越嚴峻的電能質量問題。其中沖擊性、動搖性負荷,例如電弧爐、大型軋鋼機以及電力機車等在運轉中不隻會發作很多的高次諧波,而且還會發作電壓動搖、閃變以及三相不平衡等電能質量問題。另一方面,跟着各種複雜的、精細的和對電能質量靈敏的用電設備不斷增多,對電能質量的要求也越來越高。因而改進電能質量關于電網和用電設備的安全以及經濟運轉具有重要的意義,這也是建設我國堅強智能電網必需求點重視的問題之一。 

  電網中的諧波不隻損害電網自身而且損害其周邊設備。諧波一方面使電能的生産、傳輸和運用的功率下降;另一方面使電氣設備過熱、發作振蕩和噪聲,并使絕緣老化、運用壽命下降,甚至發作故障或燒毀。一起諧波還會使電力體系局部呈現并聯諧振或串聯諧振,使諧波含量擴大,構成電容器等設備燒毀。諧波還會引起電力維護設備和主動設備誤動作、電能計量呈現紊亂等,對儀器儀表、通訊設備和電子設備等也會發作不同程度的影響,發作的經濟損失和社會影響更是無法估量。現在許多國家及國際組織都拟定了諧波規範,1994年國内也拟定了相應的規範,即GB/T14549—93 電能質量共用電網諧波))。因而進行電網的諧波管理既是電網安全和經濟運轉的客觀需求,也是國家規範的規範要求。關于諧波按捺設備,無源電力濾波器(Passive Power Filter,PPF)因其結構簡單和本錢低,并對特定次諧波有傑出的濾波作用,仍在廣泛運用。可是其濾波作用受電網阻抗和自身參數影響較大,易與電網阻抗發作串并聯諧振而引起事端,如電容器燒毀、過電壓、過電流以及主開關頻繁跳閘,影響供電的安全。有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)以及無源和有源結合運用的混合型有源電力濾波器(HybridActivePower 

  Filter,HAPF)因其補償諧波性能優越、受電網阻抗影響小,正越來越取得重視和運用。 

  H橋級聯式多電平逆變器,也稱為鍊式多電平逆變器,是現在工業運用較為成熟的一種拓撲結構,常用于高壓大容量的溝通傳動體系和停止補償器(Static Compensator,STATCOM)無功補償設備。1999年,阿爾斯通公司研發的75 Mvar鍊式STATcOM 選用三角形連接,并在英國EastClaydon變電站投入運轉,标志着鍊式結構多電平逆變器技能進入實用化階段,設備的牢靠性很高,該設備可用率高達98%。2006年,在上海西郊變電站±50 Mvar鍊式多電平逆變器STATCOM并網試運轉。北京利德華福電氣技能公司也将該鍊式多電平逆變器用于高壓大功率風機、水泵的溝通傳動中去,2005年産值超越2億元,成為高壓變頻職業的佼佼者。若将這種主電路拓撲結構運用于APF,構成級聯式APF,能夠明顯進步APF對高壓大容量非線性負載的諧波補償才能,具有廣闊的運用遠景。 

  現在,在日本、美國以及歐洲等區域,低壓中小功率的APF已在工業和民用設備上得到了廣泛運用,其單機設備的容量逐步地進步,而且其諧波補償的次數也在逐步進步,可高達25次諧波。中壓大容量的APF,也已有了詳細的運用,如在日本新幹線供電體系諧波管理中,APF的容量已達到48MVA。我國在APF的運用研讨方面,與發達國家比較尚存在着距離。廠礦企業廣泛運用的大容量非線性電力電子設備和大容量沖擊性負載,不隻向中壓電網注入了很多諧波,而且吸收很多的無功功率。因而在輸配電工程中,往往要求一起按捺諧波和補償無功功率。解決兼有無功功率補償和諧波按捺功用的中壓大容量工業裝備在實際運用中的關鍵問題,符合國家對輸配電電力電子節能嚴峻技能的需求(見圖1)。 

  二、SVC構成 

  停止型無功補償設備首要由TCR晶閘管操控電抗器和TSC晶閘管投切電容器組成,首要功用用于保持體系電壓安穩、補償負荷無功功率、進步體系功率因數、減少體系損耗等。 

  SVC首要由晶閘管閥組、相控電抗器、固定電容濾波器(FC)、數字操控體系及閥組狀态監測維護設備等,如圖1所示。 

  SVC具有以下幾個特征: 

  (1)基于Steinmets原理完成分相調理,消除三相不平衡; 

  (2)運用瞬時無功理論, 動态呼應快,操控精度高; 

  (3)選用DSP+FPGA的全數字操控與監控體系,安全牢靠; 

  (4)觸發體系選用先進的光電觸發方式,抗幹擾才能強; 

  (5)主電路取能,體系簡單牢靠; 

  (6)晶閘管閥組反應實時狀态信号,完成實時維護; 

  (7)晶閘管選用強制觸發維護(BOD); 

  (8)冷卻體系選用型材風冷方式,運轉牢靠。 

  三、APF構成 

  高壓APF首要選用級聯式結構,經過由IGBT組成的單相全橋逆變器級聯而成,級聯的單元個數依據電網電壓等級和單元直流側電壓值來共同确定。其原理如圖2所示。 

  見圖3,10kV的APF每相10個單元進行級聯,三相之間Y型連接經由電抗器直接接入10kV電網體系,操控體系首要完成檢測、維護和驅動等功用。 

  10kV級聯APF櫃架選用上下分層擺放,整個櫃内空問前後分隔,中間運用絕緣材料密閉,留出每個單元的散熱器出風口,在櫃體後半部分空間構成風道, 由離心式風機集中排風,櫃體前後構成氣壓差,構成了各單元的散熱器的獨立風道完成散熱。 

  四 APF與SVC聯合運轉的開展 

  (1)能與SVC聯合運轉的中壓大容量MVA級級聯式APF工業設備,是一種新式柔性輸配電技能,适用于6~35kV電壓等級的輸配電網,容量從數MVA到數十MVA不等,可直接用于中壓電網大容量諧波管理,而且能夠與大容量、本錢較低的SVC聯合運用,共同改進電網的供電質量。一起可增強體系安穩性,按捺電壓動搖和閃變,改進體系不平衡,濾除高次諧波,進步功率因數,節能降耗。與其他補償設備比較,具有功率高、呼應快、占地省、易擴展和本錢低等長處。該體系可用于電力、冶金、電氣化鐵路、有色金屬、石油、煤炭等職業中的輸配電體系節能和電能質量操控工程,具有廣泛的運用遠景,将會發作傑出的經濟和社會效益。 

  (2)從體系的視點對裝有APF與SVC多輸入多輸出體系進行操控器參數和諧設計和優化,消除或削弱兩種設備的交互作用,達到兩種設備和諧操控。經過該内容的研讨,關于接入電力體系的SVG、STATCOM 等FACTS多種設備的操控器參數和諧設計和安全牢靠安穩運轉具有理論意義和學習價值。 

  (3)在電網電壓反常情況下,從SPLL技能出發,找出能實時檢測出電網電壓相位的辦法。一起在電網電壓不平衡時,從能量的視點找出保證懸浮電容電壓均衡的操控形式,進而為APF設備在反常工況下繼續安穩運轉供給統一解決方案。接入電力體系的SVG、STATCOM 等FACTS設備同樣會面對電網的反常工況,經過對反常工況下操控戰略和操控形式的研讨,能夠拓展FACTS設備的安全運轉區,進步設備的繼續安穩運轉和生存才能,最大程度發揮設備的功效。 

  五 APF-5SVC聯合運轉的運用 

  跟着電力電子器件以及非線性用電設備的廣泛運用, 中壓電網的電能質量狀況也越來越差,中壓大容量APF與SVC聯合運轉體系正是基于這一問題而提出來歸納解決方案。 

  (1)鋼鐵、冶金職業 

  溝通、直流電弧爐,容量很大,其帶來的負荷沖擊、諧波、電壓閃變和動搖以及不平衡不可避免地構成電能質量下降,對配電網和其它電力用戶以及冶金企業自身而言,都有不良的影響。關于此類電能質量問題,能夠選用該體系進行歸納管理,能夠減少電弧爐對電網體系的沖擊;能夠安穩電弧爐鍛煉期間的母線電壓,減少斷弧現象,進步鍛煉功率,噸鋼耗電量将大大下降;該體系還可使電網的功率因數保持在0.95以上, 一起按捺諧波、電壓閃變等。 

  (2)軋鋼設備 

  軋鋼設備一起具有大型電動機群(直流電動機、異步電動機、同步電動機)和大功率電力電子設備,其電流沖擊大,諧波大,無功耗費大,功率因數低,配網損耗太大。電動機群發動時,會需求額定的很多無功,或許構成供電電網的電壓下跌,嚴峻的或許構成電壓安穩事端。溝通電動機存在磁飽滿現象,在發動和運轉期間會發作特征諧波;直流電動機的整流環節也會發作嚴峻的諧波污染等。 

  (3)轎車制造職業 

  轎車制造職業因為選用很多電焊機和溝通電機,發作了嚴峻的諧波污染,并需求很多的無功,或許構成供電電網的電壓下跌,嚴峻的或許構成電壓安穩事端。很多諧波和無功也會導緻很多的能量損耗,直接損害設備的運轉安穩性和運用壽命。 

  (4)軌道交通 

  軌道交通因為選用整流負荷和大功率溝通電機, 發作了嚴峻的諧波污染,并需求很多的無功, 或許構成供電電網的電壓下跌, 嚴峻的或許構成電壓安穩事端。與上述(2)、(3)類似, 因為負荷投切頻繁,會對供電電網構成間歇性的沖擊,構成電壓重複動搖;溝通電動機存在磁飽滿現象,在發動和運轉期間會發作特征諧波;直流電動機的整流環節也會發作嚴峻的諧波污染等,并導緻很多的能量損耗,直接損害設備的運轉安穩性。關于上述電能質量問題,能夠選用該體系進行歸納管理。 

  多級H橋串聯的主電路拓撲結構運用于APF,能夠進步APF的電壓等級和輸出容量,然後進步對中壓大容量非線性負載的諧波補償才能。

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