电能质量治理技术专题SVG汇报

适合该设备的电力供应及接地方式。
IEC国际电工委员会（(International Electrotechnical
Commission) ）：电能质量问题是指导致用户设备故
障或不能正常工作的电压、电流幅值或频率偏差。
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常见的电能质量问题
电磁瞬态 电压变动 电压波动与闪变 电压、电流波形畸变 电压、电流三相不平衡 频率变动 波动与闪变、波形畸变、不平衡负荷及谐波可 以采用并联补偿器进行有效补偿！
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12脉冲整流UPS
电网电流的FFT展开：
两个整流桥的5，7，17，19次等谐波相互抵消 电网电流中只含有12k±1次谐波（11，13，25…)
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谐波的危害
重要设备用电受到影响 与补偿电容发生谐振 带来谐波电压： 整流设备故障、误触发、 控制器故障
变压器： 损耗、温升、噪声
电缆： 损耗、温升、绝缘
目前被最广泛使用的SVC，主要是TCR+BSC（FC）形式
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第三代：静止“调相机”
US UL UC
Uc (M)
I δ Us
STATic Synchronous COMpensator Static Var Generator
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第三代：SVG/APF
SVG、 APF
接入电压等级: 低压：380V – 1140V，中高压：3.3kV - 35kV SVG：动态基波无功、不平衡负荷及低次谐波（一般13次及 以内） APF：2－50次稳态谐波补偿，也可以补偿一定的基波无功
大部分情况下，用电设备的非线性是谐波 电流产生的主要原因
电弧炉 整流器和整流设备 UPS电源设备 空调 办公设备
• 计算机、 • 复印机、打印机 • 传真机、影视设备等
电梯、电子式照明设备 电机设备、变频设备 ……
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6脉波整流UPS
电网电流的FFT展开
电网电流中含有6k±1次谐波（5，7，11，13，17…)
(c) (c) (c) ia ib ic
iLa
iLb iLc
不平衡 负荷
i
AB相逆变器 BC相逆变器
(c) ca
(c) iab
CA相逆变器
(c) ibc
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不平衡负荷的电纳补偿原理
U b U c U a
U b
I b
U c
U a
U c
I c
I a
U bc
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谐波电流和谐波电压
谐波电流：主要为终端用户负荷引起 负荷母线的畸变电压：谐波电流流过线路阻抗引起

谐波治理责任
(IEEE Standard 519-1992)
用户责任：控制注入电网的谐波电流 电力公司责任：在用户注入电网的谐波电流合格的前提下，控 制线路的阻抗水平
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谐波电流的产生
两类主要不平衡负荷：电气化铁路和交流电弧炉
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目前我国制定的电能质量国家标准
GB/T 12325-2008 《电能质量 供电电压偏差》
GB/T 14549-1993 《电能质量 公用电网谐波》
GB/T 24337-2009 《电能质量 公用电网间谐波》
GB/T 15543-2008 《电能质量 三相电压不平衡》 GB/T 12326-2008 《电能质量 电压波动和闪变》 GB/T 15945-2008 《电能质量 电力系统频率偏差》 GB/T 18481-2001 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》 GB/T156-2007《标准电压》 GB/T 19862-2005 《电能质量监测设备通用要求》
晶闸管控制电抗器（TCR：Thyristor Controlled Reactor） 晶闸管投切电容器（TSC：Thyristor Switched Capacitor） 晶闸管投切电抗器（TSR：Thyristor Switched Reactor） 开关投切电容器/滤波器（FC：Fixed Compensator，BSC：Breaker Switched Capacitor/Filter） 以上各项组合
2
2
2
2
2
Baidu Nhomakorabea
2
2
电流峰值：
I Pk I hn Peak 2 * I hn 2 * ( I h1 I h5 I h 7 I h11 I h13 I h 23 I h 25 )
电压有效值：U 电压峰值
RMS

2
U hn
2
2
U h1 U h 5 U h 7 U h11 U h13 U h 23 U h 25
适用于标称频率为50Hz的交流电力系统正常运行方式
下由于负序基波分量引起的PCC点的电压不平衡
不平衡度指电力系统中三相不平衡的程度。用电压、
电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的
方均根值百分比表示
该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不
平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%
SVC
Static Var Compensator 晶闸管阀 控制与保护 交流电容器组
MSC / MSR
机械投切式 电容/电抗
~
第一代无功补偿装置 （1970s）
第二代无功补偿装置 （1990s）
第三代无功补偿装置 2000s ~
无源型
有源型
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SVC简介
SVC（Static Var Compensator：静止无功补偿器）
2008-03-14
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与SVC比较：静态特性
系统电压 (p.u.) 1.0 TSC
TCR
SVG
0.4
容性电流
0
感性电流
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损耗
典型0－ 100Mvar SVC
典型0－ 100Mvar混合链式 SVG
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损耗
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，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，是同容量混合SVG 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SVG。
电能质量治理技术专题
思源清能电气电子有限公司 清华大学柔性输配电系统研究所
主要内容
电能质量概述
电能质量治理技术简介
思源清能的QNSVG产品应用案例
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电能质量概述
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电能质量（Power quality）定义
IEEE美国电气和电子工程师协会 （Institute of
Electrical and Electronics Engineers） ：给敏感设备以
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《公用电网谐波》
规定了各电压等级的总谐波畸变率，各单次奇次电 压含有率和各单次偶次电压含有率的限制值。
各级电网谐波电压限值
电压（kV）
0.38 6、10 35、66 110
电压总谐波畸 变率
5% 4% 3% 2%
各次谐波电压含有率
奇次 4% 3.2% 2.4% 1.6% 偶次 2% 1.6% 1.2% 0.8%
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有源并联补偿装置的构成
系统阻抗 电流测量 CT 非线性负荷
电流霍尔
直流电容
电压源 变流器
PWM脉冲调制 电流控制环
装置 输出 电流
负荷 电流
谐波电流检测 直流电压 控制环
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SVG的功能及应用
动态补偿基波无功功率 补偿负荷低次谐波电流 补偿不平衡负荷电流 冶金行业电弧炉、轧钢机 电气化铁路 矿井提升机 港口起重机 碎木机，等等
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电能质量治理技术简介
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并联补偿装置：无源和有源 并联补偿：在装置就地将基波无功电流及谐 波电流吸收到补偿装置中
无源LC补偿器
有源补偿器
（DSTATCOM/APF)
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无功补偿技术三代发展
无功补偿的发展
SVG
Static Var Generator IGCT/IGBT阀 控制与保护 连接电抗器 直流电容
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不平衡负荷补偿 为了得到三相对称的有功系统电流，不平衡负荷 补偿的目标为：①消除负序分量（实现平衡）② 消除或减小正序分量的虚部（功率因数校正）
I a 2 I a 2(c ) 0 Im I a1 I a1( c ) 0
A
电 网
B C
isa isb isc
ua ub uc
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无源滤波器（LC）存在的问题
1. 一种参数只能针对特定次数谐波补偿，并且对 某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放 大，引起其他事故； 2. 响应速度慢，无法跟踪动态谐波进行动态补偿 3. 只能补偿固定的无功； 4. 系统阻抗小时补偿效果难以令人满意； 5. 改变系统阻抗特性，可能导致谐振； 6. 参数稳定性差，特别是电容参数容易变，导致 失谐。
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SVC解决运行损耗需增加TSC
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占地面积
SVG
SVC
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占地面积
SVG占地是SVC的1/5~1/3
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SVG主电路
变压器多重化变流器： 共用直流电容 多绕组变压器变流器： 共用直流电容 二极管箝位三电平变流 器：共用直流电容 链式变流器：直流电容 独立
+ +
A2 B2 C2
vdci
A1
B1
C1
pLu pLd
pRu
voi
pRd
U
U
+
U
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瞬时电流跟踪控制
• 测量环节 • 补偿参考电流生成环节 • 电流跟踪控制环节
c
I c
j 3R C
a
I bc
L I ca I ab
j 3R
U b
I ca
I a
U ca
I b
I ab
I bc
U a
b R (a)
R (b)
U ab
(c)
I , I , I 的大小相等，相位差120 ，均与电压相量 垂直，负荷已经变成平衡的三相纯有功负荷。
只补偿基波无功时，变流器输出电流峰值为 1.414Io，变流器输出电压峰值为1.414(1+X%)Us 补偿谐波时，变流器输出电压、电流峰值都将发 生变化 电流有效值：I I
2 RMS hn
I h1 I h 5 I h 7 I h11 I h13 I h 23 I h 25
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谐波造成的额外损耗
由于谐波影响，电机等铁芯材料的磁滞增加， 使损耗增加，温度升高； 温度升高又导致额外的损耗；温度每升高一 度，电机的损耗增加4%； 谐波造成的损耗甚至远大于工频损耗； 研究表明，由于各种因素的影响，50kHz的高 频电流，1mA造成的损耗相当于工频电流300A 的损耗量。
220kV电网参照110kV执行
注入公共连接点的谐波电流不允许超过限值，限值 与当地电网容量有关！
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公用电网间谐波
间谐波电压含有率限值（%）
电压等级 1000V及以下
1000V以上
频率/Hz <100 100~800
0.2
0.16
0.5
0.4
2010年6月1日起实施。
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三相电压不平衡
U Pk U hn Peak 2 * U hn 2 * (U h1 U h5 U h 7 U h11 U h13 U h 23 U h 25 )
2
2
2
2
2
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SVG和APF的差别
补偿目标： SVG：动态基波无功电流及低次谐波电流（一般13次 及以内） APF：2－50次稳态谐波电流 装置参数： 连接电抗：SVG：6％－12％；APF：3％ 直流电容：SVG：能耐受大有效值电流的膜电容，容 值较小，允许较大电压波动；APF：需要容值大以保 证足够的电压峰值，电解电容，对基波无功电流补 偿受限制。 开关频率：SVG：较低，等效6kHz一下即可；APF： 一般大于10kHz
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电压波动和闪变
电压波动（Fluctuation）即电压方均根值（有效值
）一系列的变动或连续的改变
d U 100% UN
闪变（Flick）：由波动负荷引起的公共连接点电压 的快速变动及可能引起人对灯闪有明显感觉的场合。 各种类型电压波动引起的闪变均可采用符合IEC 61000-4-15:1996的闪变仪进行直接测量，这是闪变量 值判定的基准方法
a b c
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谐波补偿检测
usab usbc usca
il
cos(nt )
LPF
同步角检 测和处理
t
M1
+
c ih (n)
c ih (1)
c ih (5)
LPF
+ + . . . +
c ih
+
2cos(nt) M2
2sin(nt )
sin(nt )
c ih (n)
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补偿谐波对装置容量的要求