辽金元地图:Shanghai Canwon electrical company LTD.

About CanwonDisplaySales networkServicesResponse
',1)">
◆Company News
◆Industry information
◆Technical support
How do I know this site?
BAI DU
GOOGLE
Friends
Links
Guideline for products APF parallel active filter device SVC high-voltage dynamic compensation filter device TSF low-voltage dynamic compensation filter device FC high-voltage compensation filter device TSC low-voltage reactive dynamic compensation device TBB high-voltage reactive dynamic compensation device MK low-voltage reactive dynamic compensation device APF+ TSF unified filter compensation device DLJC power quality on-line monitoring device



配网及用户侧的供电安全与电能质量
Date:[2009-1-6]   Read:[322]
配网及用户侧的供电安全与电能质量
叶选茂
上海卓能电气有限公司
摘要：简要介绍了电能质量问题和定制电力技术的概念，总结了定制电力技术在国外的发展现状。分别介绍了并联型装置DSTATCOM和串联型装置DVR的原理及其应用情况。总结了定制电力技术在我国的发展现状并提出了其发展趋势。
关键词：定制电力技术，电能质量，DSTATCOM，DVR，综合治理
0 引言
随 着现代科学技术的发展，越来越多精密用电设备在生产生活中得到了应用。一方面，这些设备对供电的可靠性和供电质量的要求越来越高，几十甚至几个毫秒的电压 跌落就会对设备运行造成影响；另一方面，一些新型设备所采用的大量高新技术特别是电力电子技术的广泛应用，使得这些负荷在用电中表现出非线性、冲击性等特 征，并可能对电网产生谐波污染，引起供电电网波形畸变、三相不平衡、电压波动等问题，使得配电系统的供电质量恶化，造成对电能质量的严重影响。
由 于电能质量问题造成的对电网和用电系统的直接危害和对人类生产和生活造成的损失也越来越大。不同用电设备如精密实验仪器、某些新型医疗器械（如CT、核磁 共振等），不同行业如航天、半导体制造业及某些生产自动控制系统、商业以及通信、计算中心、金融数据中心等，都对供电电能质量表现出“敏感”的特征。供电 电源的任何“扰动”都有可能给这些行业造成严重的影响和导致巨大损失。可以说，电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。
提 高供电可靠性和电能质量的传统做法是采用较普通的过电压抑制器以防止过电压损坏设备，采用滤波器减小谐波畸变的影响，采用不间断电源(UPS)以保护某些 关键性负荷，以及安装自备发电机或其它设备。这些措施都需要相当可观的资金而且还不能完全解决问题。克服传统方法存在的缺点，寻找投资更少、效果更好、能 耗更低的办法一直是电力部门努力的目标。
美国电力研究院（Electric Power Research Institute，简称EPRI）于1988年首先提出了定制电力技术（Custom Power，又称用户电力技术）的概念，把大功率电力电子技术和配电自动化技术综合起来，以用户对供电可靠性和电能质量的要求为依据，为用户配置所需要的电力。
1 定制电力技术研究现状
定 制电力技术一经提出很快得到全世界同行的认可和接受，相关技术的研究和开发发展迅速。定制电力技术所针对的主要对象是配电网的供电可靠性和供电质量两个方 面，即将采用电力电子技术的静止型调节装置用于配电系统(1kV-35kV)，以向用户提供增值的，达到用户所需可靠性水平和电能质量水平的电力。
静 止型调节装置是以大功率电力电子开关器件为基础，采用微处理器、光纤通信、数字信号处理等新技术的新型电气设备，如：配电同步补偿器 （DSTATCOM）、动态电压恢复器（DVR）、有源滤波器（APF）、短路电流限制器（SCCL）、固态断路器（SSCB）、固态电源切换开关 （SSTS）、固态电流限制器（SSCL）、统一电能质量调节器（UPQC）等。
发 达国家的电力部门通过开发DVR-APF-DSTATCOM等装置实现了区域电能质量控制，满足了特殊用户对高电能质量的要求，美国国防部和宇航局在很多 重要的实验室以及微电子生产厂家都装有DVR（Dynamic Voltage Regulator）、 APF（Active Power Filter）与WCA（Waveform correction Absorber）。第一台DVR是 Westinghouse公司于1996年研制成功，安装在Duke电力公司的12.47KV的系统上，主要用于抑制纺织厂供应电压的骤升和骤降；随后 ABB公司也成功研制出22KV，4MVA的DVR装置，应用于半导体生产厂的故障电压恢复。目前，DVR产品在国外已得到用户认可，开始得到普遍应用， 多个公司，如ABB、Siemens、S&C等已经提供动态电压调节器的工业化产品，电压等级从400V到22kV，容量从几十kVA到几十 MVA。另外，ABB、西门子以及日本三菱电机等公司已经成功开发了DSTATCOM和APF产品，并在钢铁厂等重要负荷区得到了较为广泛的应用。
我国对动态电能质量课题的研究则刚刚开始。各种数据极度缺乏，而且电能质量控制仍停留在传统的“源头治理”，缺乏综合的、系统化的解决方案。
2 利用并联型装置DSTATCOM配电网电压无功综合治理
DSTATCOM（Distribution STATic synchronous COMpensator 的缩写，即配电静止同步补偿器）是柔性交流输电技术（Flexible AC Transmission System，简称FACTS）在配电网中应用 的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。DSTATCOM能够快速连续地提供容性和感性无功功率，可以提高功率因数、克服三相 不平衡、消除电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等，实现适当的电压和无功功率控制，保障供电系统稳定、高效、优质地运行。
DSTATCOM的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上, 适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位, 或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流, 实现动态无功补偿的目的。其原理接线图如图1所示。

图1 DSTATCOM原理接线图
DSTATCOM典 型的应用是对钢铁公司的电弧炉等非线性负荷进行补偿。电弧炉是配电网中典型的电能质量问题“污染源”，由于其工作特性，它往往会造成配电网功率因数低、三 相不平衡、电压闪变、电压波动以及严重的谐波等问题，不但影响自身的运行效率，还会严重影响由同一配电网供电的其他电力用户。而DSTATCOM具有响应 速度快、无功-电压特性好、运行时不产生谐波污染、能有效抑制电压闪变等优势，可有效补偿电弧炉负荷对配电网的冲击，改善电能质量，并能提高生产效率，降 低单位产品能耗，具有良好的经济效益。
自上世纪90年代以来，DSTATCOM成为全球钢铁企业用电技术的领跑者。从1986年到1999年，全球范围内有200多套DSTATCOM装置建成投运，为相关的用户带来了良好的收益。表1列出了1997年以来部分DSTATCOM的工程实例。
表1 DSTATCOM的部分工程实例
年度
应用厂家
制造商
容量（MVar）
1997
瑞典，Uddeholm Tooling钢铁公司
ABB
0~44
1998
芬兰，AvestaPolarit钢铁公司
ABB
0~164
1998
美国，Structural钢铁公司
SIEMENS
-20~+40
1999
美国，Seattle钢铁公司
Mitsubishi
0 ~ 5
1999
加拿大，British Columbia木材加工厂
SIEMENS
-2~+2
2000
日本，东京电力公司
Mitsubishi
-1~+1
2002
丹麦，风电站
ABB
-50~+50
在国内，清华大学电机系柔性输配电系统研究所研制开发的±20 MVar静止同步补偿装置已经于1999年在河南洛阳投运，使我国成为世界上第四个拥有该项技术自主知识产权的国家。目前，采用新一代技术和电力电子器件的±50 MVar装置正在研制过程中，将于2005年底于上海投运。
3 利用串联型装置DVR确保敏感负荷的供电电能质量
美国电科院于1992年到1996年进行了配电系统电能质量状况的调查（即EPRI DPQ项目），10多个供电局参加，250多个测点，测量时间长达两年，得到如下结论：
l 60％的电能质量事件是电压跌落和瞬时断电问题；
l 平均一个用户每年可遇到大约100次降幅大于15％，时间小于1秒的电压跌落；
l 全部跌落事件中，只有1％的降幅在80％以上；
对 电能质量问题全面长时间的调查分析表明，在所有电能质量扰动（电压变动、谐波、暂态、三相不对称等）中，电压跌落 （voltage sag or dip）问题占有很大的比例。电压跌落问题主要是由于输配供电线路的短路故障造成的，很难完全从根本上避免。而在高新技 术产业中，有不少的设备对电压跌落问题相当敏感，如集成电路生产线、数控机床以及大型数据存储设备等。电压跌落会使这些用户遭受重大损失。目前，用户自己 对付电压跌落问题最常用的办法就是采用不间断电源（UPS）。这种方法的问题是投资大，而且补偿容量受限制。
串联型补偿装置是近年来发展起来的一类定制电力补偿装置，可以有效解决配电网电压跌落对负荷造成影响的问题。其中典型装置就是动态电压调节器（Dynamic Voltage Regulator，简称DVR）。其工作原理如图2所示。

图2 动态电压调节器工作原理示意图
DVR装置串联在系统与敏感负荷之间，当系统电压发生跌落时，DVR装置迅速输出补偿电压，不仅可以补偿动态的电压跌落或者突升，而且对稳态过电压，欠电压，电压谐波，电压闪变等具有明显的补偿作用，保证敏感负荷感受不到系统电压波动，确保对敏感负荷的供电质量。
与传统的UPS装置相比，基于大功率电力电子技术的DVR拥有相当的优势，其具体的比较如表2所示。
表2 DVR与UPS的性能比较
UPS
DVR
结构
电池和电力电子逆变单元
电容器和电力电子逆变单元
应用电压
一般在380V系统
适应性广，可在35kV以下各电压等级系统中应用
装置容量
0~3MVA
0~30MVA
50%电压跌落补偿时间
补偿时间可以达到15分钟
可在1分钟内补偿三相负荷
建设投资
成本高
成本低，在500kVA容量上成本为UPS的50%
维护费用
需保养空滤，清洁端子等，维护成本高
维护成本低
运行效率
92%左右
98%左右
装置占地
占地面积大
占地面积小，大约只有UPS的1/3
环境适应性
对温度等要求较高
环境适应性好
由表中的比较可知，对于配电网中的大容量电压敏感型负荷，应用DVR是解决动态电压质量问题的最佳方案。
4 定制电力的技术发展及其在中国的应用趋势估计
目 前，国内外有关电能质量的研究正掀起高潮，从功率理论的研究、电能质量评价指标体系的讨论，到电能质量监测，各种电能质量问题的分析，以及配电柔性输电技 术（DFACTS）和用户特定电力（Custom Power）等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。在欧美、日本等发达国家和地区，定制电 力技术及其装置已经得到了广泛应用，并且已经有一些能进行工程应用的成熟产品。而在我国，定制电力技术的工程化产品还刚刚起步。
另 一方面，我国总体经济和技术水平虽然还比较落后，但在部分经济发达地区电能质量问题的影响已经比较突出。尤其是随着经济的快速发展，产业转型下形成的各地 高新技术开发区对电能质量有更高的要求。目前，已经有不少高新技术开发区不得不引进国外的定制电力技术产品，以减少因停电或其他电能质量问题而引发产品质 量下降造成的损失，如我国最大的芯片生产企业上海华虹NEC电子有限公司。另外，我国苏州地区和天津高新技术园区等也有引进设备的试点。
但 定制电力技术的应用需要针对不同用户对供电可靠性和电能质量要求的不同采用不同的技术集成，所以，根据我国电网的情况和用户的需求，定制电力技术在我国应 用也一定会有我国的特点。而且，进口设备价格昂贵，技术支持也比较困难。因此，发展定制电力技术并做好相应的产业化工作，是我国电力工业界当前的一大课 题。
目 前国内已经有不少单位开展定制电力技术的研究，如：清华大学、四川大学、华北电力大学、西安交通大学、中国电科院、中科院电工所等。研究方向基本涵盖了目 前该领域的主流装置，但是在工程化应用上还有很多工作要做。根据目前我国电力系统的现状和定制电力技术在我国的发展状况，下列技术或装置具有最大的发展潜 力。
n 并 联无功补偿装置。以DSTATCOM为代表，通过控制大功率电力电子模块，实现快速的动态无功补偿功能。其优点是响应速度比传统的静止无功补偿装置 （SVC）快，输出电流不受接入点电压的影响，占用空间小，没有谐波污染，并能有效补偿负荷的三相不平衡。该装置可广泛应用于钢铁、冶金、矿山、港口等大 功耗的行业，实现功率因数校正、电压闪变抑制、三相不平衡补偿以及节能降耗等目的。
n 串 联型动态补偿装置。以DVR为代表，可实现电压异变的快速补偿。其优点是补偿容量大、占地面积小、效率高、易于维护，且相对于传统的UPS而言，装置的投 资成本较低。DVR可以串联在系统电源和敏感负荷之间，保证负荷的供电质量。典型的应用如航空航天部门、金融数据中心、芯片生产线、食品生产线、纸浆生产 线等。
n 谐 波综合治理装置。以APF为代表，通过功率单元的控制，可实现谐波的快速治理。其优点是不采用大功率电容电感元件、体积小、可补偿非特征谐波、不会产生谐 振等。将APF和传统的LC谐波滤波器配合使用，可大大改进滤波性能。该装置可广泛应用于大型非线性负荷的谐波治理，改善配电网的电能质量。
6 参考文献
1) 国标GB/T 14549——93 电能质量 公用电网谐波
2) Van E.Wagner, Allen A.Andreshak, Joseph P.Staniak, “Power Quality and Factory Automation”, IAS, Annu. Merting, Vol. 35, No.6, PP.1391~1396.
3) 翁利民，陈允平，舒立平.大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案.电网技术. 2004. Vol.28,(2):64-67
4) 张少军.廊坊新钢电弧炉谐波滤波方案的研究.华北电力技术. 2003, (6):32-34
5) W. Edward Reid, “Power Quality Issues—Standards and Guidelines”, IEEE Trans. On Industry Applications, Vol.32, No.3, May/June, 1996, PP625~632.
6) K. Chan, A.Kara, “Voltage Sags Mitigation with an Integrated Gate Commutated Thyristor Based Dynamic Voltage Restorer”, 8th ICHQP, Oct. 14-16 1998, Athens, Greece, PP561~565.
7) 杨潮,张秀娟,唐志,韩英铎.三相串联电能质量控制器及其补偿电压算法. 清华大学学报(自然科学版),2003年03期.
[CLOSE]

Copy Right © 2008-2009 Shanghai Canwon electrical company LTD. Tel:021-63072666
Fax:021--63077555