电能质量治理与节能-优化补偿与综合补偿STATCOM

优化补偿与综合补偿---谈电能质量治理与节能韩英铎清华大学电力电子工程研究中心2012.3.29.上海2012-7-20优化治理综合治理2前言电能质量治理国内已经研究近20年各种治理措施如雨后后春笋,许多成熟装置各级有关部门逐渐重视,经济情况也允许,形势非常好!产业结构调整、智能电网发展提供新机遇需要优化治理、综合治理需要进一步创新思路随着国家能源形势的变化,电能质量治理需要更加注重节能!2012-7-20优化治理综合治理3未来远距离输电到大中心负荷区的电力系统结构设想(2006-三亚)远距发端负荷中心SVG远距发端远距发端SVG串补SVG远郊电厂远郊电厂环形强受电网低频低压减载接在系统振荡中心附近，提高送电极限接在覆盖大量电动机负荷的较低的电压侧DVRAPF储能分布电源电能质量控制分质电价直流2012-7-20优化治理综合治理4主要内容1.中国的能源形势2.中国STATCOM(SVG)技术已经成熟3.从资源节约、环境友好和节能考量SVG取代SVC已成必然趋势4.优化治理、综合治理5.探索新途径改善电能质量6.结语2012-7-20优化治理综合治理51.中国的能源形势2012-7-20优化治理综合治理6自1996年起，我国装机总量位居世界第二00.511.522.533.544.5195219561960196419681972197619801984198819921996200020042000年3亿千瓦1995年2亿千瓦1987年1亿千瓦1978年5712万千瓦1949年185万千瓦2004年超过4亿千瓦2007年超过7.13亿千瓦9年8年5年4年每1年我国电力系统经过过去30年高速发展2012-7-20优化治理综合治理7710.66.222.172.66美日俄1.32德1.2法1.16加中20062006年世界上年世界上88个国家发电装机容量个国家发电装机容量0.74（单位：亿千瓦)英2012-7-20优化治理综合治理81995年以来电站项目开工和投产规模单位：万千瓦年份开工规模投产规模装机增长率电量增长率1995111512668.7％9.3％1996106714468.9％6.9％1997119812867.5％4.4％199885218399.1％2.8％199958318917.8％6.6％200059419346.9％11.3％2001214011456.0％9.0％2002233012735.3％11.6％2003311128889.8％15.2％20046100510012.6％14.8％2007910014.6％超过英国过去140年全国的装机总和２０１１年装机总量已接近10亿千瓦预测失误2012-7-20优化治理综合治理9资源-环境制约严酷,节能-增效任务繁重!①我国资源相对缺乏难以承受!我国可耕土地占全世界的7%人均耕地面积,是世界人均量的1/3人均淡水量为世界人均量的1/4人均木材储量是世界人均量的1/8铁矿石为世界人均量的42%铜矿为世界人均量的18%资源世界中国%名次煤(亿吨)9845114511.63石油(亿吨)1430332.311天然气(万亿米3)1431.41.020我国能源资源相对缺乏我国能源资源相对缺乏②②资源消耗占世界比重过大十分不利资源消耗占世界比重过大十分不利!!20082008年年,,我国我国GDPGDP仅占世界的仅占世界的7.1%,7.1%,能源能源消耗量占世界的消耗量占世界的17.7%;17.7%;为世界平均值的三倍；生铁生铁的消耗量占世界的的消耗量占世界的39.5%;39.5%;钢材钢材的消耗量占世界的的消耗量占世界的50.9%;50.9%;水泥水泥的消耗量占世界的的消耗量占世界的50.9%;50.9%;消耗水是为世界平均值的四倍。③我国已成为世界第一能源消费国.如继续以年平均8.9%的增速,到2020年能源消耗将达到79亿吨标煤,占目前世界能源消耗的一半;十二五提出能源倒逼政策非常需要!2012-7-20优化治理综合治理102．中国STATCOM技术已经成熟±200兆-STATCOM的成功投运,标志中国STATCOM技术已经成熟2012-7-20优化治理综合治理11先进静止无功补偿器-STATCOM工作原理连接变压器电力系统+-EdGTO逆变器~~XVISVIVISVLeading行~~VISVIVISVLagging行IISVSVIIVVjjXXXII220kv--500kv电容器组2012-7-20优化治理综合治理121994-2000年国产首台20万千伏安-先进静止无功补偿器--清华大学与河南电力局合作ºÓÄÏÊ¡µçÁ¦¹«Ë¾ÓëÇ廪´óѧµç»úϵºÏ×÷ÑÐÖƵÄÎÒ¹ú×î´óµÄ20MvarÎÞ¹¦·¢Éú×°ÖõÄÍâ¾°¦Ù¸Ã×°ÖÃÓÚ99Äê3ÔÂÔÚÂåÑô³¯Ñô±äµçÕ¾³É¹¦Í¶ÈëÊÔÔËÐÐ2012-7-20优化治理综合治理1313清华-上海电力公司等合作,2004-2006年上海西郊500KV变电站±50Mvar新型动态无功补偿装置2012-7-20优化治理综合治理14东莞500KV变电站±200M-直挂35KV-STATCOM科技部十一五重大科技支撑项目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!2012-7-20优化治理综合治理15世界上已投运的代表性的STATCOM研制者地点(MVA)时间1三菱电机、关西电力日本±201980年2三菱电机、关西电力日本±801991年3东芝、日立、东京电力日本±50×21992年4西屋公司、EPRI、田纳西电力美国±1001996年5西屋、EPRI、美国电力美国±1601997年6清华大学、河南省电力公司中国±201999年7ALSTOM、英国国家电网（NGC）英国±751999年8三菱美国＋133/-412001年9三菱，圣迭戈天然气和电力公司美国±1002002年10KEPRI、KEPCO韩国±802003年11ALSTOM，美国东北电力美国±1502003年12ABB，奥斯汀能源美国±1002004年13清华大学、上海电力公司、许继中国±502006年14清华大学、广东省电力公司、荣信中国±2002011年2012-7-20优化治理综合治理16该项研究成果表明百兆瓦级变流技术已经解决,使我国高电压大容量变流器的研制能力可以完全覆盖电力系统以及其它一般工业的需求;在容量和性价比等方面均达到世界现有产品的先进水平。2012-7-20优化治理综合治理173.从资源节约、环境友好和节能考量SVG取代SVC已成必然趋势2012-7-20优化治理综合治理18三代无功补偿装置的变迁MSC/MSR~52kV80050Mvar500机械投切式电容/电抗交流电抗器机械式开关交流电容器组SVC(60年代)~52kV80050Mvar800StaticVarCompensator交流电抗器晶闸管阀控制和保护变压器交流电容器组STATCOM/SVG(80年代)~52kV80050Mvar800StaticGeneratoerStaticVarGeneratorGTO/IGBT/IGCT阀控制与保护变压器直流电容断续投切电容器无功热备用是负值!连续投切电容器可连续变化的容性阻抗静止无功发电机这一特性十分重要!2012-7-20优化治理综合治理19无功电流STATCOM的优越性(ASVG)电压1.00.2STATCOMSVC2012-7-20优化治理综合治理20SVG的占地仅为同容量SVC的1/3左右；•100MVAR-SVC的正常运行有功损耗=10万*1%*24*365=876万kwh*0.5元=438万元•如果电费1元/度,100MVAR-SVC年有功损耗867万元•200MvarSVC年损耗1700万！而SVG运行损耗接近零SVC2012-7-20优化治理综合治理21①典型SVC与典型混合STATCOM损耗的比较典型0－100Mvar混合链式TATCOM典型0－100MvarSVC2012-7-20优化治理综合治理22动态响应资料来源：ABBSVC：2～3周波STATCOM：≥16msSVC—200MSVG—200MSVC—260MSVG—200M②动态特性比较:1Mva—STATCOM相当与1.3Mvar--SVC2012-7-20优化治理综合治理23③-50M－+150M混合STATCOM与SVC综合比较比较内容100MVASTATCOM+50M固定电容器200MVATCR+150M滤波器无功控制能力连续，零无功时STATCOM投入-50Mvar连续，容性无功由滤波器提供，零无功时TCR投入-150Mvar无功补偿响应速度响应速度快（10ms－16ms）响应速度慢（40ms～60ms）电压对补偿效果的影响输出无功电流与系统电压无关系统电压下降时输出无功电流成比例下降同等补偿效果所需容量1.01.2－1.3占地面积小大(为STATCOM的4－5倍)损耗与输出无功的关系零无功时STATCOM投入-50Mvar，损耗为50MX1%。假设STATCOM损耗为1％。零无功时TCR投入-150M，损耗大；损耗为150MX1%。假设TCR损耗为1％。价格比较约4600万STATCOM：450元/kvar，电容器20元/kvar4050万TCR：180元/kvar，滤波器30元/kvar2012-7-20优化治理综合治理24SVG的电流－电压特性更佳（线性∼平方,容量1:1.3）SVG无功电流响应速度更快（3ms∼20ms）STATCOM具备短时过载能力；(1.7∼1.0)SVG不产生谐波并具有一定的消除低次谐波能力；SVG可以有效地抑制冲击负荷产生的闪变SVG的占地面积约为SVC的1/3；SVG的损耗约为SVC的1/2以下；单位Kvar成本略大于SVC,综合性价比已经大有优势!为了事故时补偿动态无功(小概率事件),却在正常运行时引进一个能耗大户—无论如何是非理性的!国内自主研发和生产的不同容量的STATCOM迄今已经应用近百台!±200M-STATCOM的成功标志着STATCOM系统技术已经成熟,也预示第2代动态无功补偿装置SVC将很快被取代!④SVG与SVC技术特性综合比较2012-7-20优化治理综合治理25２．优化治理、综合治理动态无功的安装地点和接入电压等级是非常关键的问题,可能产生质的影响!需要深入研究!D-STATCOM,APF装置综合利用可以有效提高用户侧电能质量2012-7-20优化治理综合治理26TimeinCycles(60Hz)知识经济与信息时代的新问题电压跌落电压崩溃SafetyOperatingVoltageofComputers（byCBEMA）2012-7-20优化治理综合治理27电力系统的无功平衡和电压崩溃弱支撑电网PQjXLEUEUP=EUsin/XLQ=EUcos/XL-U2/XL-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.60.81.00.60.70.80.9U/E=1.01.1p0p0+pq0cr(0.8)输入至线路Outputtolines由线路输出Inputfromlinesp=PXL/E2q=QXL/E2Q0=-0.05Q0+Q1=-0.1正常运行点N新运行平衡点A新运行平衡点Bp=PXL/E2②应对线路潮流突增,关键是受端要有充足动态无功补充!应对远距输电潮流转移要接入高压侧!应对本地的电压崩溃要接入大动负荷侧!①这里绝对需要的是对端要有个电压,对端容量影响已包含在XL里!2012-7-20优化治理综合治理28国内：上海电网2012-7-20优化治理综合治理29黄渡－石牌（N－2）故障上海Shanghai南桥Nanqiao一回线检修,一回线故障2012-7-20优化治理综合治理30电压崩溃500kv黄渡至石