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电网电能质量和降低线损的综合技术

一、用户侧电网电能质量分析及解决方案

所谓用户侧,即直接面对用户的电网,主要是10KV线路
电网电能质量和降低线损的综合技术

普通用户为10KV通过配电变压器变压为400V,由400V供给用户设备,部分用户直接在10KV线路上接设备,给10KV设备供电。这些用户设备产生的是感性负荷,功率因数调整采用电容补偿,而高次谐波、零线电流大都未作处理,直接流入10KV、配电变压器及以上电网中。 

不管功率因数问题还是三相不平衡度问题,都可把电流分解为正序、负序、零序电流,正序电流为三相平衡的有功电流,负序、零序电流为无功电流,另外还存在高次谐波电流,在配电变压器400V下端消除负序电流、零序电流和高次谐波电流,使流入10KV线路的电流只有正序电流,即有功电流,大大减少线路电流,减少泄漏电流和电晕电能损失,从而保证线路线损和配电变压器损耗降低,提高末端电压,提高系统安全性,延长系统使用寿命,提高系统利用率。选择配网电能质量综合补偿器,可解决以上问题。

直接接10KV的设备,可在接入10KV线路的人口处处理电能质量,以保证流入10KV线路的电流只有有功电流。选择10KV电能质量综合补偿器可解决问题。

如果10KV线路长,可在低于9.5KV以下线路或电压波动大处选用智能型宽幅调压配电系统,调压范围可达±20%,该调压技术采用我公司的专利技术,由电力电子器件为主要元件,对补偿变压器进行磁场大小和方向的控制,实现调压的功能,无机械触点,调压速度快,无波形畸变,无涌流,调压不停电等特点。采用该技术,可以不管10KV线路压降问题,由智能型宽幅调压配电系统完成电压校正,保证用户使用的电压为合格的电压。

如果配网线路长,可在相电压电压198V以下线路安装智能型配网末端升压器,以保证400V线路供电电压在342-407V之间的合格电压。

要想达到理想效果,应以一条10KV线路为一个单位,在此线路中,每台配电变压器均应加装配网电能质量综合补偿器,如果在本供电公司管辖范围内全部进行处理,效果更佳。

系统以一条10KV为单元,采用总线控制技术,对本单元内的所有配网电能质量综合补偿器、10KV电能质量综合补偿器、10KV智能升压器、智能型配网末端升压器进行集中管理,计算并分配负荷,使整条10KV线路运行在状态。

二、配网电能质量综合补偿器介绍

配网电能质量综合补偿器是我公司经过多年研发,经过两年挂网运行的考验,证明产品是可靠且满足目标设计的要求的产品。

该补偿器是以IGBT为核心元器件的电力电子产品,是集中了SVG、有源滤波器、零序分流器的综合产品,为三相四线制,一台产品可解决三相不平衡、功率因数、消除高次谐波、消除零线电流,净化10KV及以上电网及10KV配电变压器,尽最大努力使10KV及以上电网和配电变压器只流过三相平衡的50Hz的有功电流,从而最大程度的降低线路损耗,提高系统运行容量35%,降低系统投资,延长系统使用寿命5年以上,还能提高末端电压。

本方案提出的补偿装置,采用现代电力电子、自动化、微电子及网络通讯等技术,采用先进的瞬时无功功率理论和基于同步坐标变换的功率解耦算法,以功率因数、电网电压、电网电流作为控制目标,动态的跟踪电网电能质量变化来调节设备的输出,实现电网的高质量运行。

三相电流大小不同、电流与电压存在相位角时,都可分解为正序、负序、零序三种电流,通过本设备可在2.3毫秒时间内产生一个大小相等、方向相反的负序电流、零序电流和零线电流注入电网中,以抵消电网中的无功分量负序电流和零序电流,从而实现电网三相平衡、功率因数为1、零线电流为0的理想结果。同时计算出电网中19次以下各高次谐波的大小和相位角,在2.3毫秒内也产生这些高次谐波对应的大小相等、方向相反的高次谐波电流注入电网中,抵消这些高次谐波,以达到消除高次谐波的目的。

配网电能质量综合补偿器直接与0.4kV电网连接,尽量提高系统的稳定性能,主电路拓扑采用三电平结构,与两电平结构相比,三电平结构输出电流谐波含量更低,IGBT电压应力更小。

三、10KV电能质量综合补偿器

本设备是配网电能质量综合补偿器的扩展产品。通过一台特殊设计的10/0.4KV变压器,把10KV电压降为400V或1140V,接配网电能质量综合补偿器,补偿器的控制器重新设计,采集10KV线路的电流、电压信号,以此为计算依据,目标为消除此点的10KV负序电流、零序电流、及高次谐波电流。

1、主要功能、性能指标

(1)感性、容性无功功率线性平滑自动补偿

配网电能质量综合补偿器可以实现无功功率的平滑补偿,可以补偿感性无功也可以补偿容性无功,感性与容性无功可自动平滑切换,补偿准确、快速,没有过补偿和欠补偿现象。

(2)并网电流谐波

在电网背景电压符合GB/T 14549《电能质量公用电网谐波》的要求时,并网逆变器发送无功电流时,输出电流的电能质量应满足:

当补偿器工作在额定容量的50~时,应达到下列输出波形要求:电流总谐波畸变率不超过3%,其中,奇次、偶次谐波电流含有率不超过GB/T 14549的相关要求。

(3)快速补偿响应时间

综合补偿器进行无功补偿,补偿电流由正额定电流至负额定电流变化时,全响应时间小于5ms。

(4)功率因数控制

设定考核点功率因数目标值以后,综合补偿器可以自动发出无功功率以满足设定值要求。

(5)谐波补偿功能

综合补偿器具备负荷电流的谐波补偿功能,低于20次的谐波分量具备75%以上的补偿率。

(6)不平衡治理功能

综合补偿器具备不平衡电流的治理功能,在整机补偿功率下三相电流不平衡度可以控制到2%以下。

(7)多机并联可扩展容量功能

可实现多台综合补偿器并联运行自动补偿,并联运行后可扩展整体补偿能力。

(8)故障自复位功能

对于电网掉电等故障,故障恢复以后具有故障自复位重新开机的功能。

(9)相序自适应功能

整机具有详细自适应功能,三相ABC可以任意相序连接整机,具备相同补偿效果。

(10)电磁干扰和电磁兼容

10KV电能质量综合补偿器的电磁兼容水平应符合CGC/GF004:2011、GB/T 17626、GB 17799、IEC 61000-6的要求。

(11)噪声

当10KV电能质量综合补偿器输出的额定功率时,在距离设备水平位置1m处,用声压级计测量满载时的噪声不应大于70dB(A)。

2、10KV电能质量综合补偿器的保护功能

(1)输入过压、欠压保护

并网补偿器必须具备完备的直流过压、过流保护功能。

(2)内部短路保护

当并网补偿器内部发生短路时(如IGBT直通、直流母线短路等),补偿器内的电子电路和输出继电器应快速、可靠动作,任何情况下都不能因补偿器内部短路原因导致电网侧的过流保护装置动作。

(3)过热保护

并网补偿器应具备机内环境温度过高保护(例如着火引起的机箱内环境温度过高)、机内关键部件温度过高保护等基本过热保护功能。

(4)输出过流保护

在正常的补偿器运行环境和符合国标要求的电网环境下,补偿器不应出现误停机、误报警和其他无故停止工作的情况。当出现故障时,补偿器应能够按照设计的功能可靠动作。

(5)整机阻燃性和环境适应性

IEC 62109(CE认证安规测试标准)和UL1941标准中的安规、阻燃要求是对补偿器提出的最低要求。

补偿器在任何情况下均不允许产生蔓延性火灾。

补偿器机体内应装有环境温度、湿度控制、保护继电器以加强整机的环境控制、保护能力。

(6)故障的记录与显示

补偿器必须能够记录设备故障信息,补偿器历史故障记录既能从本地显示屏调取,又能由监控后台远程调取。

四、智能型末端升压器

由于线路长,降低线路电流而提高的电压值可能无法抵消线路末端由于线路压降造成的末端电压低的值,这时,可在400V线路适当位置放置一台或几台智能型配网末端升压器,就可保证整条线路用户侧电压符合供电电压要求。

该升压器由升压单元、功率因数补偿单元、控制单元、通信单元组成,安装在相电压160—190V处,自动升压到相电压198—235V,并有突波吸收和就地无功补偿功能。

该升压器是采用电力电子技术,具有自动切除和投入,具有旁路功能,无停电,无涌流,反应速度20ms,三相升压器具有就地进行三相电压不平衡补偿功能,并能自动就地进行功率因数补偿,使上段线路输电电流减小,减少损耗和提高电压。

五、结论

整条10KV入口处加装配网电能质量综合补偿器、10KV电能质量综合补偿器,由于这两种设备为电力电子产品,容性感性补偿均可,负序电流、零序电流、高次谐波电流均可消除,反应时间<5ms,运行为线性,设备中无电解电容和接触器运行安全可靠,使用寿命15年,可保证用户产生的非有功电流阻止在10KV电网外,使10KV及以上全部电网只流过有功电流。从而提高电网安全性,降低线路损耗至少20%,提高电网利用率,降低系统温升,延长电网使用寿命至少5年。

通过智能型宽幅调压配电系统、智能型末端升压器,可保证电网对用户供电的电压符合标准要求。

该技术采用中控技术,解决电能质量的设备为集SVG、有源滤波、零线电流分流器为一体的电能质量综合补偿器,末端升压器为智能型升压器,理论上可达到全部解决电网电能质量和降低线路损耗的目的。