鞍山榮信有源濾波兼無功補(bǔ)償APF技術(shù)方案

1、沈陽至鐵嶺城際鐵路工程0.4kV動(dòng)態(tài)有源濾波兼無功補(bǔ)償裝置（APF）技術(shù)方案中國(guó)鞍山榮信電力電子股份有限公司2012年05月目錄第1章 企業(yè)簡(jiǎn)介3第2章 方案設(shè)計(jì)原始資料62.1 遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)7第3章 方案設(shè)計(jì)83.1 環(huán)境條件93.2 容量設(shè)計(jì)9第4章 APF總體說明104.1 APF的基本原理114.2 APF控制系統(tǒng)的組成及控制原理124.3 APF用于有源濾波12第5章 APF控制策略介紹145.1 控制策略設(shè)計(jì)15第1章 企業(yè)簡(jiǎn)介中國(guó)鞍山榮信電力電子股份有限公司榮信電力電子股份有限公司（股票代碼002123，股票簡(jiǎn)稱：榮信股份）作為國(guó)內(nèi)電力電子技術(shù)領(lǐng)域第一只股票，于2007年3月2

2、8日在深圳證券交易所正式上市交易。榮信電力電子股份有限公司是一家專業(yè)從事節(jié)能大功率電力電子成套裝置研究開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裝備制造的國(guó)家級(jí)高科技企業(yè)，其自主開發(fā)的包括高/低壓靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源諧波發(fā)生器（APF）、高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）、智能型瓦斯排放器（MABZ）、高壓大功率電機(jī)變頻調(diào)速裝置（HVC）、高壓大功率電機(jī)軟啟動(dòng)裝置（RHSS）等多個(gè)系列高科技產(chǎn)品，擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。公司坐落于國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)遼寧省鞍山開發(fā)區(qū)，占地面積90000m2,建筑面積50000m2?，F(xiàn)有工程技術(shù)人員450人，外國(guó)常駐專家5人，教授級(jí)高級(jí)工程師5人，副教授級(jí)高級(jí)工程師9人，博士及博士

3、后15人，碩士研究生35人，工程師381人。公司擁有中國(guó)國(guó)內(nèi)最大的具有國(guó)際先進(jìn)水平的SVG/SVC全載試驗(yàn)中心，具備完善的生產(chǎn)、檢測(cè)、試驗(yàn)、調(diào)試、系統(tǒng)仿真及設(shè)計(jì)手段。經(jīng)多年來600余套SVG，1000余套SVC裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試及投運(yùn)，鍛煉出了一支技術(shù)精湛、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)、安裝調(diào)試及售后服務(wù)隊(duì)伍。企業(yè)于2000年通過了瑞士SGS審核的ISO9001國(guó)際質(zhì)量管理體系認(rèn)證。1997年我公司生產(chǎn)的高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置成功地應(yīng)用于武鋼、鞍鋼及鞍山一軋，同年通過了省級(jí)鑒定， 1998年國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)為加快中國(guó)在SVC領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化和國(guó)際化進(jìn)程，立專項(xiàng)資金在本公司建立了

4、國(guó)內(nèi)第一條SVC重點(diǎn)工業(yè)性試驗(yàn)示范生產(chǎn)線（現(xiàn)名為：國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程），2000年建成了具有國(guó)際先進(jìn)水平的SVC裝置高壓全載實(shí)驗(yàn)中心，已具備年產(chǎn)300套SVC裝置、300套FC裝置的能力。該中心具有先進(jìn)的試驗(yàn)、測(cè)試能力，能對(duì)35kV、10kV、6kV不同電壓等級(jí)、不同容量的補(bǔ)償裝置進(jìn)行全載試驗(yàn)及出廠前運(yùn)行考核。2001年9月榮信生產(chǎn)的SVC被國(guó)家科技部列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品。迄今為止，已實(shí)施項(xiàng)目居國(guó)內(nèi)首位。SVC項(xiàng)目被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委列為重大技術(shù)裝備創(chuàng)新研制項(xiàng)目。作為SVC的下一代產(chǎn)品，SVG/APF在響應(yīng)速度、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、降低系統(tǒng)損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限、降低諧波和減小占地面積等

5、多方面具有更加優(yōu)越的性能。依托公司雄厚的技術(shù)力量，榮信公司從2005年底就著手研發(fā)低壓APF及高壓大容量的SVG。2006年，由榮信公司自行研制的以美國(guó)TI公司DSP為核心控制器的SVG/APF試驗(yàn)平臺(tái)順利完成。2007年，榮信公司研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)應(yīng)用于牽引變流站的SVG投入運(yùn)行；2009年榮信公司首臺(tái)低壓有源濾波APF在吉林正合電器公司投運(yùn)。目前，榮信生產(chǎn)的近百套低壓APF已在鋼鐵、煤礦、發(fā)電、民用等行業(yè)廣泛應(yīng)用。其技術(shù)先進(jìn)性和運(yùn)行可靠性均得到了用戶的高度認(rèn)可。本公司擁有21 項(xiàng)核心專利與9 項(xiàng)軟件著作權(quán)。榮信公司集各方之所長(zhǎng)，技術(shù)力量雄厚，具有全方位研究、設(shè)計(jì)、制造及檢測(cè)能力，并與國(guó)內(nèi)外著名

6、研究機(jī)構(gòu)及電氣公司有著緊密地學(xué)術(shù)聯(lián)系和技術(shù)合作，本公司的眾多優(yōu)秀技術(shù)人員愿與廣大用戶的專家們一道努力，以先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，致力于中國(guó)的電網(wǎng)穩(wěn)定和純凈工程，為各工礦企業(yè)及電力部門的節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。 第2章 方案設(shè)計(jì)原始資料中國(guó)鞍山榮信電力電子股份有限公司2.1 遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)DL/T672-1999變電所電壓無功調(diào)節(jié)控制裝置訂貨技術(shù)條件GB 1207-1997電壓互感器DL/T620 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合GB/T 11032-2000交流無間隙金屬氧化物避雷器G/T 12325-2003 電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差GB 12326-2000 電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃

7、變GB/T14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T 15543-1995 電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度GB14285-93 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程DL/T677-1999 繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)以及其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；以上標(biāo)準(zhǔn)均執(zhí)行最新版本。第3章 方案設(shè)計(jì)中國(guó)鞍山榮信電力電子股份有限公司3.1 環(huán)境條件環(huán)境溫度：25+40，最高日溫度+40，最高月平均溫度不大于30，最高年平均溫度25。相對(duì)濕度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25）；(高濕度可能產(chǎn)生凝露，投標(biāo)人應(yīng)采取措施防止凝露對(duì)設(shè)備的危害)飽和蒸氣壓：日平均值不大于2.210-3Mpa，月平均值不大于1

8、.810-3Mpa。海拔高度： 1000m地震烈度： 7度（水平方向0.5g 垂直方向0.3g）安裝條件： 室內(nèi)安裝3.2 容量設(shè)計(jì)根據(jù)招標(biāo)文件提出的補(bǔ)償容量要求，單套APF有源濾波兼無功補(bǔ)償裝置可以滿足濾除100A諧波電流的同時(shí)，補(bǔ)償150kvar基波無功的容量需求，則APF裝置可輸出的基波電流不應(yīng)小于150/（1.732*0.38）=228A。則單套APF額定電流不應(yīng)小于，設(shè)計(jì)在每臺(tái)配電變壓器400V母線側(cè)加裝一套APF有源濾波兼無功補(bǔ)償裝置，單套APF裝置額定電流為300A，可以滿足招標(biāo)文件要求的濾波與補(bǔ)償容量要求。共計(jì)14套。第4章 APF總體說明中國(guó)鞍山榮信電力電子股份有限公司4.1

9、 APF的基本原理采用直接電流控制的有源濾波型APF的工作原理如下圖所示。從圖中可以得出式(1)，即電源電流是負(fù)載電流和補(bǔ)償電流之相量和。假設(shè)負(fù)載電流中含有基波正序電流（包括基波正序無功電流和基波正序有功電流）、基波負(fù)序電流和諧波電流，如式(2)所示。圖4-1 采用直接電流控制的靜止無功發(fā)生器的工作原理(1)(2)為使電源電流中不含有基波正序無功和基波負(fù)序電流，則需要控制APF輸出電流滿足式(3)。這樣電源電流中就只含有基波正序有功和諧波電流，如式(4)所示。(3) (4)因此，要想達(dá)到補(bǔ)償目的，關(guān)鍵是控制APF輸出電流滿足式(3)。從APF工作原理的描述可以看出，如果要使APF在補(bǔ)償無功的基

10、礎(chǔ)上還對(duì)負(fù)載諧波進(jìn)行抑制，只需要使APF輸出相應(yīng)的諧波電流即可。因此，從這個(gè)意義上說，APF能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無功電流和諧波電流的雙重目標(biāo)。4.2 APF控制系統(tǒng)的組成及控制原理APF控制策略有直接電流控制和間接電流控制，我公司采用性能優(yōu)越的直接電流控制方法，直接電流控制方法框圖如下圖所示。圖4-2 APF控制原理圖4.3 APF用于有源濾波 圖4-3 APF濾波基本原理圖有源濾波器的基本思想如上圖。諧波源一般為非線性負(fù)荷，如整流器、帶有整流環(huán)節(jié)的變頻器及大量帶有開關(guān)器件的設(shè)備等，產(chǎn)生諧波電流；供電系統(tǒng)一般為被保護(hù)對(duì)象，也即要達(dá)到最終流入或流出系統(tǒng)的電流是諧波含量極少的正弦波，有時(shí)還有功率因數(shù)要

11、求；有源濾波裝置表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補(bǔ)償電流，來達(dá)到消除諧波的目的。與無源濾波裝置相比，有源濾波器是一種主動(dòng)型的補(bǔ)償裝置，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。（a）補(bǔ)償前電壓和電流 （b）補(bǔ)償后電壓和電流 圖4-4 APF補(bǔ)償無功及濾除諧波第5章 APF控制策略介紹中國(guó)鞍山榮信電力電子股份有限公司5.1 控制策略設(shè)計(jì)1 . APF諧波電流控制APF在工作時(shí)，先利用電流互感器檢測(cè)負(fù)載電流，其數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)采集到的負(fù)載電流進(jìn)行處理，檢測(cè)出其中的諧波和無功電流分量；控制指令生成系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)控制目標(biāo)生成與待補(bǔ)償電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流指令；跟蹤控制系統(tǒng)通過將實(shí)

12、際輸出補(bǔ)償電流與指令進(jìn)行比較，經(jīng)調(diào)節(jié)器后生成PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部IGBT 合理通斷，保證主電路實(shí)時(shí)輸出與補(bǔ)償指令一致的補(bǔ)償電流，來抵消負(fù)載電流中的諧波和無功電流分量。通過APF補(bǔ)償后，如果控制目標(biāo)同時(shí)補(bǔ)償諧波和無功功率，則補(bǔ)償點(diǎn)上游的電源電流變?yōu)榕c電源電壓同相的基波正弦量；如果控制目標(biāo)為僅補(bǔ)償諧波，則補(bǔ)償點(diǎn)上游的電源電流變?yōu)榛ㄕ伊?。下圖為 APF僅補(bǔ)償負(fù)載諧波電流的工作原理示意圖。負(fù)載穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流波形負(fù)載突然增加時(shí)的電流波形負(fù)載突然減少時(shí)的電流波形負(fù)載不平衡時(shí)的電流波形圖5-4 有源電力濾波器僅補(bǔ)償負(fù)載電流諧波工作原理示意圖2. APF過流控制APF過流控制主要目的是保護(hù)設(shè)備，避免設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行在過載狀態(tài)。其控制過程為一旦檢測(cè)流過APF電流超過其正常額定值，而電流還未超出其過載限時(shí)，控制器自動(dòng)地調(diào)節(jié)APF輸出最大電流值進(jìn)行限制，減小