电压跌落及其治理简介

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• 原因: -驱动电路在低压无法正常工作; -控制与保护电路在低压下无法正常工作 如何解决呢? 1、高压或大容量设备采用UPS不合适; 2、驱动电路采用超级电容比较好; 3、控制与保护电路容量小可采用UPS/超级电容等。
第31页
驱动电路提高低电压穿越能力-超级电容
第32页
电压跌落的治理技术-系统级解决方案
A1
B1
C1
A27
B27
C27
链式结构-26
A2
B2
C2
A28
B28
C28
个链节;
A3
B3
C3
A29
B29
C29
• 采用三角接法;
• 响应速度10ms 以内
A26
B26
C26
A52
B52
C52
QF3
第34页
清华-南方电网等合作2009-2010年
东莞500KV变电站 ±200M-直挂35KV-STATCOM
第43页
石化企业电动机晃电治理方案-超级电容DVR
• 要求电压低至0时仍能保证电动机工作,持续2s。
第44页
基于超级电容的DVR装置
第45页
基于超级电容的DVR装置图片-实验装置20kVA
第46页
通用变频器的电压跌落治理 • 通用变频器
科技部十一五重点科技支撑项目
2011年8.19在东莞正式 投入运行,将为广东省 网安全稳定作出贡献, 是自主研发最大的逆变 装置,也是迄今国内外最 大的STATCOM!
第35页
东莞STATCOM的运行
东莞地区雷击引起短路故障STATCOM装置动作曲线 南网2013年至少安装三套200MVA STATCOM!第36页
• 运行经济 – 不会因为新增装置而增加额外的运行费用;
动态电压调节技术是满足上述要求的最佳方案!!
第38页
风机内部解决方案-增加保护及耗能设备
第39页
风机低电压穿越技术-基于DVR的串补技术
Pgenerator
ωm
uo
uc
PDVR
Cf
Lf
Pgrid
io
us
Υ−Δ
y 无电压跌落时,晶闸管旁路;
y 电压跌落时,利用逆变器在晶闸管两边产生瞬时
2
3
主电路结构
Lf fa
fb a
fc
b
ca
cb cc
Cf
控制部分
SPWM脉冲 发生单元
ma
i i ca -
ca _ ref
K pi +
A相控制
K pv
+
kiv s
mc mb
B相控制
C相控制
馈线
Li
c
v - refA + 上层 v 控制 refB 单元 vrefC
第15页
大型并网光伏电站
光 伏 阵 列 ……

逆变器

逆变器

……
逆变器
第16页
功率波动与谐波问题
第17页
光伏发电直流电压与稳定性的关系
Power[kW]
120
T=25°C
G=1000W/m2
100
80
dP/dV>0 unstable
60
Maximum Power Point
dP/dV<0 stable
电压跌落成为影响 光伏电站正常运行 的关键因素之一!
A Result Of The Second Silicon Revolution
电压跌落及其治理 技术简介
姜齐荣
清华大学柔性输配电系统研究所
FACTS与大功率电力电子技术的应用满足电网发展,负荷增长以及对电能质量的新需求
主要内容
• 电能质量问题及电压跌落(暂降) • 电压跌落治理技术(SSTS/DVR/STATCOM) • 风电低电压穿越技术 • 电动机及变频器晃电治理 • 结论
第22页
IBM的研究结果
第23页
每次电能质量事件造成的损失-摘自
“European Power Quality Survey-2008”
第24页
新型电力电子装置对电压暂降很敏感
• 电力电子装置的控制保护系统对电压跌落非常 敏感,常常引起装置跳闸;
• 电力电子开关元件如IGBT、IGCT等的驱动, 如果采用自取电,电压跌落将导致IGBT闭锁、 IGCT故障。 -链式STATCOM装置电压跌落时会闭锁。 -轻型直流呢?
• 静态转换开关SSTS;飞轮、超导等储能型动态补偿装 置;动态电压调节装置DVR
• 无论从适应能力、响应速度、综合成本等经济技术 角度,还是从国外的实际应用情况看,DVR都是治 理电压跌落的首选方案之一。
第26页
固态切换开关
关键:SW1与SW2需具备快速断开的能力 特殊设计或爆炸式开关,5ms断开
STATCOM装置注入无功治理电压跌落
ΔU ≈ X K iQi
大系统Xk很小,补偿 电压跌落需要大Q!
系统电压跌落时 STATCOM注入大的 无功功率,可有效提 高系统的电压水平!
第33页
南方电网±200MVA 35kV STATCOM
35kV
• 35kV直挂;
A QF1
B
C
A
QF2
B
C
• 基于IEGT的H桥
反向电压,强制关断(2ms)
第40页
LVRT-DVR装置-690V/750kW
安装后柜体前后的布置图
LVRT-DVR装置厂内外观
41
第41页
达茂现场LVRT-DVR测试结果
风机带载测试,ABC三相间短路故障,电压跌落至20%,跌落时间625ms
测试条件:风机电流641A,功率726KW
红色曲线: A相风机定子端电压;黄色曲线: A相系统侧电压42;蓝色曲线:
第2页
一、我国的电能质量问题及电压跌落
• 工业负荷电能质量问题 -钢铁行业 -煤炭行业 -石化企业
• 电气化铁路的电能质量问题 • 新能源发电的电能质量问题 • 电压跌落问题的严重性
第3页
钢铁企业面临的电能质量问题
• 存在大量大型冲击性非线性负荷 – 感性负荷多-功率因数低 – 冲击性负荷-电压波动与闪变 – 电弧炉负荷-电压闪变,三相不平衡 – 非线性负荷-谐波干扰,规则和不规则 谐波
A相风机电流;
第42页
四、电动机及变频器晃电治理
• 分批自起动技术 • 采用专门的抗晃电交流接触器 :电压降到接触器
维持电压以下时,控制模块开始工作,以储能释放 的形式保持接触器继续吸合。
• TPM-MD延时节能模块 • 节能型交流接触器 • 动力UPS(MUPS):成本高 • 带储能的DVR装置
– 国内:电压跌落造成大量损失,每次跌落带来的直接损失 少则几万元,多的达上百万元。如芯片厂,风电场停运
– 电压跌落直接影响军事、航天、社会活动等。 第20页
一次电源波动可能造成的巨大经济损失
纺织工业
光学工业 玻璃工业
包括一些化工生产过程
具有特殊过程工业
半导体工业
$M=百万美元
第21页
计算机及信息设备安全运行电压图
• 动态无功补偿是目前我国电铁电能质量中需要解 决的一个主要问题。
第9页
新能源发电的电能质量问题
• 风力发电的电能质量问题 -谐波、负序与低电压问题
• 太阳能光伏发电的电能质量问题 • 基于变流器并网的其他发电技术的电能质量
-储能技术 -燃料电池 • 多变流器并联运行的谐振问题
第10页
各种风力发电机的电能质量问题
第4页
煤矿供电系统电能质量问题(1)
• 冲击性负荷多、容量大
¾ 矿井提升机是典型的冲击性负荷,单机功率从数百千瓦到6000千 瓦,在矿井总供电负荷中占的比重较大。
¾ 无论是直流调速提升系统还是交流调速提升系统,大部分采用可 控硅相控整流装置,功率因数低,谐波污染大。
¾ 矿井提升机启动和加速阶段对电网造成很大的冲击电流,无功电 流成分较大,无功功率波动引起矿区母线电压剧烈波动。
• 风机内部解决方案
-- 风机改造,如增加保护等,对已有机组实现难度较大。
第37页
风机侧LVRT装置的基本要求
• 快速响应 – 需要在电网发生故障造成电压跌落的瞬间进行电压 调节,保证风机不受低电压的影响; – 电网恢复后迅速恢复风机的正常运行;
• 安全性高 – 不会因为增加装置影响风机的正常运行
第27页
动态电压调节装置DVR的基本工作原理
第28页
低压DVR 电气原理示意图
主要难点:
• 跌落快速检测与补偿
- 响应速度小于5ms
• 能量优化控制
- 降低直流储能容量及成本
• 串联装置要求极高的可靠性-
装置故障不能影响负荷
-采用电子、机械多重旁路保护及
高电磁兼容设计解决
第29页
电压跌落的治理技术-装置内解决方案
设设备备烧烧毁毁和和废废品品 跳跳闸闸,,网网络络崩崩溃溃,,
严严重重时时发发生生重重大大 安安全全事事故故
影响电力测量 和计量仪器
第8页
电铁面临的主要电能质量问题
• 负序电流引起的电压不平衡和电压波动将成为今 后我国电铁电能质量中的首要问题。
• 近期交流电力机车和直流电力机车将共存,因此 谐波和功率因数问题仍将存在。
¾ 电压偏差问题突出,作业面移动,供电距离越来越长,电压损 失大,偏差严重。
第6页
石化炼化企业电能质量问题
• 频率问题-小电网脱离大电网形成孤网引起
-加强主网构架、选择合理运行方式,电源必须符合N-1校 核,避免孤网运行。
-三级频率保护装置应相互配合,当小电网形成孤网时能确保 其内部频率稳定,符合稳定性的三道防线要求。
电压跌落成为影响电力电子设备正常工作的主要 问题!
第25页
二、电压跌落的治理技术-局部解决方案
• 新建专用变电站:投资巨大,而且只能一定程度上 改善电压跌落,不能从根本上避免。
• UPS:能适应短时停电,用于小容量用户(<80100kW);大容量时,投资大,占地大,损耗大, 运行维护费用大,极少应用。
三、风电低电压穿越技术
提高LVRT能力的可能途径 • 系统侧解决方案—专用升压变电站
– 减少电网干扰,不能从根本上解决
• 集电母线侧解决方案—HVDC Light、高压DVR
– HVDC Light 造价较高,运行费用高 – 高压DVR 技术难度较大
• 风机侧解决方案
– 目前主流方案,每台装总成本高
焦作某煤矿6kV/2100kW矿井提升机各工作阶段有功无功测量结果
第5页
煤矿供电系统电能质量问题(2)
• 大型异步电机类负荷
¾ 主排水泵、皮带传送设备等为大型异步电机类负荷,无功需求 大,功率因数低。
¾ 启动电流冲击造成电压跌落,影响其它设备的工作。
• 井下长线输送
¾ 井下电网线路长,大容量用电设备位于供电线路末端,用电负 荷大,长期低功率因数运行,线路损耗大。
40
20
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Voltage[V]
第18页
电压跌落(sags)-最常见电能质量问题
• 定义:电压有效值降至额定值的10%-90%, 持续时间为0.5个周期至一分钟;
• 典型的电压跌落持续时间一个周波到一秒钟 的时间,通常持续几十毫秒至几百毫秒。
石化电网运行符合规范。
第7页
石化炼化企业电能质量危害
损耗增大, 降低设备
利用率
造造粒粒机机等等设设备备 停停工工,,大大量量废废
品品产产生生
干扰通信 信息通的
工作
控控制制计计算算机机重重启启 设设定定值值变变为为初初始始
值值
危害
裂裂解解装装置置停停工工,, 损损失失危危害害巨巨大大
影响继电保护 和自动装置的 工作和可靠性
• 提高设备对电压跌落的耐受能力
-用更加耐受电压跌落、大电流冲击的元器件与材料 -改进电力电子设备(驱动、控制与保护)
• 设备在跌落期间有大的功率需求,需要提供功 率支撑-增加储能设备
第30页
超级电容-IGBT、IGCT驱动
• 电力电子器件在低压下肯定能够工作,构成的变流 器及设备也应如此。为什么电压跌落会影响其正常 工作呢?
异步风力发电机-功率因数低
第11页
双馈风力发电机-谐波问题
第12页
永磁直驱风力发电机
永磁直驱风力发电机-谐波问题
第13页
我国风电标准对低电压穿越(LVRT)的要求
•不仅不能脱网,而且要提供无功支撑能力
•故障切除后,有功快速恢复能力
第14页
光伏发电的基本结构
1
ia dc
* 1
2
3
ib
*
* ic
大量统计表明,高达92%的电能质量问题是电压跌落!
第19页
电压跌落(暂降)问题的严重性
• 电压跌落对设备造成各种不利影响
– 电压不足,电能不能满足负荷需求,负荷停运。 – 各种保护将设备从系统中切除:欠压保护、不平衡保护等 – 复位电路误动作
• 电压跌落造成巨大损失
– 国外:EPRI研究结果:美国每年因停电及电能质量造成 1500-1900亿美元损失,停电损失仅占3%左右,高达92%是 电压跌落;欧洲每年电能质量问题造成1500亿欧元的损失, 大部分为电压跌落。
• 电压问题-电压降低和升高(晃电问题)
-避免电网的内外故障,选择合理的电动机起动方式,做好无 功平衡可有效解决电压降低问题。需采取各种措施防止电网 出现的内部和外部过电压问题。
• 谐波问题
按照“谁污染谁治理”的原则,可考虑在公共电源点设置滤波
装置,确保各公共母线谐波含量符合规定;严密监测各级电
பைடு நூலகம்
源网络的谐波及时汇总分析,并制定和实施治理措施,确保
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