基于PSCADEMTDC的电能质量评估

4.仿真实例及结果分析 4.1 常规运行方式下仿真分析 常规运行方式下，铁前区有功负荷 77.58MW，功率因数 0.92；LF 炉 有功负荷 27.7MW，功率因数 0.7；钢后区有功负荷 78.05MW，功率因数 0.75；10kV 母线区负荷 27.9MW，功率因数 0.75，补偿后功率因数都能达 到 0.92 以上。 经仿真，稳态运行时，各电压等级母线电压均保持稳定且在规定范 围之内。在稳态运行情况下，铁前区、LF 炉区、钢后区及总降 10kV 母线 总负荷水平均保持稳定，通过对 LF 炉及钢后区进行无功补偿，使铁前 区、LF 炉区、钢后区及 10kV 母线功率因素均保持一个较高的水平（θ≥ 0.92），符合设计标准。 4.2 负荷冲击扰动下仿真分析
1.PSCAD/EMTDC 简介 EMTDC 是具有复杂电力电子、控制器及非线性网络建模能力的电 网的模拟分析程序。 Dennis Woodford 博士于 1976 年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成 了 EMTDC 的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件， PSCAD 是其用户界面，PSCAD 的开发成功，使得用户能更方便地使用 EMTDC 进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而 且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。 2.项目简介 本次电能质量评估以某钢铁一体化项目为例，项目主要包括：原料 场、2 台 180m2 烧结机、1 条链篦机—回转窑球团生产线、2 台 1350m3 高 炉、1 套铁水与处理装置、2 座 120t 转炉及精炼设施（LF 炉）、1 台 7 流方 坯连铸、1 台 3 流窄板坯连铸、1 条高线生产线、1 条带钢生产线及所需共 辅设施。 用电负荷中对电能质量影响最大的是 LF 炉以及轧钢设备（包括 线、棒材生产线）。 LF 炉的功能包括：脱硫、温度调节、精确的成分微调、改善纯净度、 造渣。LF 精炼炉，是典型的非线性负荷，其表现特征之一是容量大，对 电网的影响也非常严重，在冶炼过程中会对供电系统造成巨大的无功 冲击，并产生大量的高次谐波，使供电质量严重下降，对供电电网的安 全稳定运行构成巨大的威胁，甚至危及相邻的用户。 轧钢厂中轧机主传动电动机采用带矢量控制技术的全数字式变频 调速装置供电，并且其主回路接线采用交－直－交形式。轧钢厂传动 系统中采用了大功率电力电子装置，成为很大的谐波源，严重污染了电 力系统。由于轧钢机负载特点使得它需要经常启动、停止，这些都会使 电网电流发生很大的畸变，产生大量的谐波电流，同时，轧钢设备的冲 击性负荷会引起电压波动、三相电压不平衡，对供电质量造成了严重影响。 3.仿真环境设置 在本次评估中，采取时域仿真的手段，在 PSCAD/EMTDC 仿真环境 下建立供电系统的时域仿真模型，通过设备生产厂家提供的相关数据 及一些设备典型参数，评估供电系统在各种工况下存在的电能质量问 题以及相关的治理措施。 针对 LF 炉及轧钢设备等谐波源及冲击性负荷，采用 TCR 型静止无 功补偿器（SVC）的动态无功补偿方案，滤波设备采用无功补偿滤波电 容器装置 FC（Filter Capacitor），动态无功补偿装置同时还能通过分相控 制补偿三相不对称负荷。补偿装置容量根据经济性与调节能力并行考 虑的原则进行选择，保证负荷冲击下的各等级电压波动满足国家标准； 滤波支路根据实际谐波发生量进行配置，将谐波限制在规程要求范围 之内，保证公共连接点谐波满足国家标准。 根据项目供电方案，本项目以 110kV 电压等级供电。变电站 110kV 母线系统短路容量设定为 19090MVA。 项目用电负荷主要分为：35kV 铁前区域负荷、35kV LF 炉炼钢区域 负荷、35kV 钢后区域负荷和 10kV 母线所带负荷四部分。铁前区域 35kV 母线接总负荷 86.1MVA，平均功率因数为 0.92。LF 炉区域 35kV 母线接总负荷 27.7MVA，平均功率因数为 0.70。钢后区域 35kV 母线接 总 负 荷 78.05MVA，平 均 功 率 因 数 为 0.75。 总 降 10kV 接 总 负 荷 27.9MW，平均功率因数为 0.75。
科技信息
基于 PSCAD/EMTDC 的电能质量评估
青海省电力公司电力经济技术研究院 张晓波 张 博 张祥成 苗 淼
［摘 要］随着时代进步与科技的飞速发展，我国各种产业迅速发展，现代电力系统规模也日益扩大，由于现代电力电子设备等一些 带有非线性冲击性负荷的设备大量接入电网，使得电网供电质量受到严重影响。特别是在冶金行业中，存在着大量的大容量冲击性 负荷的工业设备，如电解铝槽、电弧炉、轧钢机等，有必要对大型非线性冲击性负荷进行电能质量分析，并采取必要措施，确保供电质量。 ［关键词］PSCAD 电能质量 谐波 FC
根据项目本体可研报告，冲击负荷主要来自 LF 炉以及钢后区的线 棒 复 合 生 产 线 以 及 双 高 线 生 产 线 ，二 期 建 成 后 ，最 大 有 功 负 荷 冲 击 36.3MW。
现通过对 LF 炉及钢后区进行瞬时功率波动分析，考察在负荷冲击 扰动下各母线电压波动情况。分无动态无功补偿装置和有动态无功补 偿装置两种情况。仿真设置为：
4.2.1 无动态无功补偿装置 仿真结果如下：
2.5 秒时，LF 炉有功、无功负荷同时波动至 50%（约 12MW，11Mvar）；3 秒时，钢后区有功负荷减少 26MW，无功负荷减少 18Mvar；3.5 秒时，LF 炉有功、无功负荷同时恢复；4.5 秒时，钢后区有功、无功负荷同时恢 复。最大冲击有功冲击负荷 38MW，无功冲击负荷 29Mvar。
表 3-1 固定电容器式容性分区无功补偿容量
序号
项目名称
接入母线电压（kV） 无功补偿（Mvar）
一 铁前区域变电所
10
10
二
LF 炉(35kV)
35
18
三 钢后区域kV
10
22
为使厂内各区域功率因数达到 0.92 及以上水平，需要进行容性无 功补偿，分区固定补偿的无功容量如表 3-1 所示。