电能质量治理及降损节能技术的研究及应用(赵伟)

➢ 据美国官方统计：近20年来，全球范围因电压和谐波问题引起的 重大电力事故达20多起，每年造成的经济损失高达300亿美元。
原 配电网功率因数低 ，电能损耗大;谐波污染严重，动 态治理谐波的设备长期依靠进口,价格昂贵;国内高压大功率
因 有源滤波器技术尚不成熟，其工程应用与国外相距甚远,导 致电能质量低下，电能损耗大，能量浪费现象严重。
2.1 某变电站供电系统主要情况
补偿电 容器
主要非 线性负
荷
2.2 三种工况与测试数据总结
近几年对变电站的三种典型工况进行了详细的电能质量 参数测量：
工况一：#1～#4四台电容器全部退出 工况二：#3电容器投入运行 工况三：#1～#4四台电容器全部投入运行
35kV母线电压谐波含有率表
基波 测点 电压
主要内容
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背景与意义 国内外研究现状
3 电能质量治理及节能装备关键技术
4 5
典型应用 总结
双谐振注入式HAPF系统组成示意图
U S ZS
并联谐振注入支路 C2
L2
基波串联谐振支路
C1
L1
C
逆变器 L0
平波电抗器 耦合变压器
非线性负载 无源滤波器组
大功率混合型有源电力滤波器的结构 – 大功率混合型有源电力滤波器将逆变器输出电压通过变 压器耦合到无源部分的基波谐振支路两端。这样，利用 基波谐振的特性，使有源电力滤波器基本不承受基波电 压和基波电流，从而减小了有源电力滤波器的容量，减 少了谐波治理系统的投资，提高了性价比，达到APF实用 化及谐波抑制的目的 。
难点
如何在6kV甚至35kV侧同时治理谐波电流、补偿无功功率？ 如何快速而准确的对电网谐波进行检测？ 如何确保电网电压畸变严重时有源部分的安全？ 如何改善治理装置的控制性能，兼顾响应速度和精度？ 如何优化主电路参数，符合治理装置的特点和要求？
主要内容
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5
背景与意义 国内外研究现状
– 1990年，日本的Fujita 等人提出了用APF与 PF相串联后再与电网并联的混合型方案，滤波 效果好，APF容量仅为PF的5-10%，节省了大量 投资。
我国电能质量治理装置的研究现状
我国在治理装置的应用研究方面，继日 本、美国、德国等之后，得到学术界和企业 界的充分重视，清华大学、浙江大学、西安 交通大学、华北电力大学、华南理工大学、 株洲时代集团等高校和企业进行了这方面有 益的探索和研究。
（kV）
主导谐波电压含有率（%） （奇次）
主导谐波电压含 THDu 有率（%）（偶 (%)
次）
h3 h5 h7 h11 h13 h17 h2 h4 h6
35kV 22.52 I母
1.23 1.71 1.83 12.80 6.23 1.39 0.11 0.03 0.04 14.41
35kV 21.91 0.57 1.35 1.21 2.85 1.98 1.34 0.11 0.02 0.18 4.77 II母
电能质量治理及降损节能技术的研究及应用
汇报人: 赵伟 单 位：广东电网公司电力科学研究院
珠海 wk.baidu.com011.5.26
主要内容
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背景与意义 国内外研究现状
电能质量治理及节能关键技术 装备及典型应用 总结
背景意义
➢ 吨铝耗电约14415千瓦时，发达国家耗电约13800千瓦时 ； 吨铜耗电约11500千瓦时，发达国家耗电约10900千瓦时； 吨锌电耗约4200千瓦时， 发达国家耗电约3500千瓦时； 吨钢电耗约460千瓦时， 发达国家耗电约430千瓦时 。
– HAPF由谐波监视分析子系统，APF控制子系统和APF功 率输出子系统等组成。
装置的控制原理
USn ZSn
C2
L2
C1
L1
IL
ip
iq ILn
非线性负载
ip iq
ICn
L0
UDC
PI
Uref
PWM 发生器
主要内容
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背景与意义 国内外研究现状
3 电能质量治理及节能装备关键技术
4 5
典型应用 总结
行业 谐波次数
二次谐波 五次谐波 七次谐波 十一次谐波
冶金
60 %
85 %
76 %
30 %
矿山 50% 64% 24% 10%
铁路 10%
70%
46%
25%
FFT
电流畸变波形
基波 二次谐波 五次谐波
事
➢ 自2006年以来，九江市沿江、军山、妙智、裕丰等多处变电站 因谐波问题导致10kV电容器发生多次不平衡电压动作跳闸，严 重影响企业的安全生产，造成经济损失达4亿元。
电能质量治理及节能关键技术 装备及典型应用 总结
有源电力滤波器的发展历史：
– 1971年，日本的Sasaki和Machida提出有源 滤波器APF（Active Power Filter）的概念。
– 1976年，日本的Gyugyi L 等人正式确定了有 源滤波器的基本拓扑结构。
– 1988年，Peng F Z 等人首先提出串联APF加并 联PF的结构。
线损率 （%）
6.29 5.40 7.19 8.09 10.01 8.21 7.55
电能损失 219.64 111.74 461.89 417.81 259.28 152.57 1632.87 （亿kWh）
据国家信息中心经济预测部统计，2008年全国因电能利用 率低下造成的电能损失超过2000亿kWh，相当于2.3个三峡发 电站的年发电量，无功补偿不足以及谐波污染严重是导致电能 损失的主要因素。
例 ➢ 2006年3月，南京电网由于谐波引发电网启用自动保护动作，城 南、城中出现大面积断电现象，社会影响严重。
➢ 由于电气化铁路产生的负序和谐波电流的影响，郑州电网继电保 护误动，致使京广线中断数小时。据不完全统计，电气化铁路投 运近10年来，由于谐波问题曾引起多次200MW发电机跳闸，导 致山西、河南、贵州等省发生大面积停电或系统解列，直接经济 损失达10亿元以上。
➢国家统计局公报指出，我国电力消费已占能源消费总量的 39.5% 。 2008 年 我 国 万 元 GDP 能 耗 下 降 1.33 ％ ， 但 是 万 元 GDP电耗上升了2.75％。
我国生产铝铜锌钢等的耗电量均高于发达国家。
2008年我国电能损耗
地区 华北 东北 华东 中南 西南 西北 全国
总供电量 3290.47 2008.73 6298.40 4947.60 2184.66 1521.47 20251.32 （亿kWh）