鞍山榮信有源濾波兼無功補償APF技術方案

1、沈陽至鐵嶺城際鐵路工程0.4kV動態(tài)有源濾波兼無功補償裝置（APF）技術方案中國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)簡介3第2章 方案設計原始資料62.1 遵循的主要標準7第3章 方案設計83.1 環(huán)境條件93.2 容量設計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 控制策略設計15第1章 企業(yè)簡介中國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，股票簡稱：榮信股份）作為國內(nèi)電力電子技術領域第一只股票，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)設計和裝備制造的國家級高科技企業(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）、高壓動態(tài)無功補償裝置（SVC）、智能型瓦斯排放器（MABZ）、高壓大功率電機變頻調(diào)速裝置（HVC）、高壓大功率電機軟啟動裝置（RHSS）等多個系列高科技產(chǎn)品，擁有全部自主知識產(chǎn)權。公司坐落于國家高新技術產(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。現(xiàn)有工程技術人員450人，外國常駐專家5人，教授級高級工程師5人，副教授級高級工程師9人，博士及博士

3、后15人，碩士研究生35人，工程師381人。公司擁有中國國內(nèi)最大的具有國際先進水平的SVG/SVC全載試驗中心，具備完善的生產(chǎn)、檢測、試驗、調(diào)試、系統(tǒng)仿真及設計手段。經(jīng)多年來600余套SVG，1000余套SVC裝置的設計、制造、安裝調(diào)試及投運，鍛煉出了一支技術精湛、現(xiàn)場經(jīng)驗豐富的研發(fā)、設計、生產(chǎn)制造、試驗、安裝調(diào)試及售后服務隊伍。企業(yè)于2000年通過了瑞士SGS審核的ISO9001國際質(zhì)量管理體系認證。1997年我公司生產(chǎn)的高壓動態(tài)無功補償裝置成功地應用于武鋼、鞍鋼及鞍山一軋，同年通過了省級鑒定， 1998年國家發(fā)展計劃委員會為加快中國在SVC領域的產(chǎn)業(yè)化和國際化進程，立專項資金在本公司建立了

4、國內(nèi)第一條SVC重點工業(yè)性試驗示范生產(chǎn)線（現(xiàn)名為：國家高技術產(chǎn)業(yè)化示范工程），2000年建成了具有國際先進水平的SVC裝置高壓全載實驗中心，已具備年產(chǎn)300套SVC裝置、300套FC裝置的能力。該中心具有先進的試驗、測試能力，能對35kV、10kV、6kV不同電壓等級、不同容量的補償裝置進行全載試驗及出廠前運行考核。2001年9月榮信生產(chǎn)的SVC被國家科技部列為國家級重點新產(chǎn)品。迄今為止，已實施項目居國內(nèi)首位。SVC項目被國家經(jīng)貿(mào)委列為重大技術裝備創(chuàng)新研制項目。作為SVC的下一代產(chǎn)品，SVG/APF在響應速度、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TI公司DSP為核心控制器的SVG/APF試驗平臺順利完成。2007年，榮信公司研制的國內(nèi)首臺應用于牽引變流站的SVG投入運行；2009年榮信公司首臺低壓有源濾波APF在吉林正合電器公司投運。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)廣泛應用。其技術先進性和運行可靠性均得到了用戶的高度認可。本公司擁有21 項核心專利與9 項軟件著作權。榮信公司集各方之所長，技術力量雄厚，具有全方位研究、設計、制造及檢測能力，并與國內(nèi)外著名

6、研究機構及電氣公司有著緊密地學術聯(lián)系和技術合作，本公司的眾多優(yōu)秀技術人員愿與廣大用戶的專家們一道努力，以先進的技術和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，致力于中國的電網(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。 第2章 方案設計原始資料中國鞍山榮信電力電子股份有限公司2.1 遵循的主要標準DL/T672-1999變電所電壓無功調(diào)節(jié)控制裝置訂貨技術條件GB 1207-1997電壓互感器DL/T620 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合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 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程DL/T677-1999 繼電保護設備信息接口配套標準以及其它相關標準；以上標準均執(zhí)行最新版本。第3章 方案設計中國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，投標人應采取措施防止凝露對設備的危害)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 容量設計根據(jù)招標文件提出的補償容量要求，單套APF有源濾波兼無功補償裝置可以滿足濾除100A諧波電流的同時，補償150kvar基波無功的容量需求，則APF裝置可輸出的基波電流不應小于150/（1.732*0.38）=228A。則單套APF額定電流不應小于，設計在每臺配電變壓器400V母線側加裝一套APF有源濾波兼無功補償裝置，單套APF裝置額定電流為300A，可以滿足招標文件要求的濾波與補償容量要求。共計14套。第4章 APF總體說明中國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)，即電源電流是負載電流和補償電流之相量和。假設負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，要想達到補償目的，關鍵是控制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在補償無功的基

10、礎上還對負載諧波進行抑制，只需要使APF輸出相應的諧波電流即可。因此，從這個意義上說，APF能夠同時實現(xiàn)補償無功電流和諧波電流的雙重目標。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荷，如整流器、帶有整流環(huán)節(jié)的變頻器及大量帶有開關器件的設備等，產(chǎn)生諧波電流；供電系統(tǒng)一般為被保護對象，也即要達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償電流，來達到消除諧波的目的。與無源濾波裝置相比，有源濾波器是一種主動型的補償裝置，具有較好的動態(tài)性能。（a）補償前電壓和電流 （b）補償后電壓和電流 圖4-4 APF補償無功及濾除諧波第5章 APF控制策略介紹中國鞍山榮信電力電子股份有限公司5.1 控制策略設計1 . APF諧波電流控制APF在工作時，先利用電流互感器檢測負載電流，其數(shù)字檢測系統(tǒng)對采集到的負載電流進行處理，檢測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)相應控制目標生成與待補償電流大小相等、方向相反的補償電流指令；跟蹤控制系統(tǒng)通過將實

12、際輸出補償電流與指令進行比較，經(jīng)調(diào)節(jié)器后生成PWM信號驅(qū)動內(nèi)部IGBT 合理通斷，保證主電路實時輸出與補償指令一致的補償電流，來抵消負載電流中的諧波和無功電流分量。通過APF補償后，如果控制目標同時補償諧波和無功功率，則補償點上游的電源電流變?yōu)榕c電源電壓同相的基波正弦量；如果控制目標為僅補償諧波，則補償點上游的電源電流變?yōu)榛ㄕ伊?。下圖為 APF僅補償負載諧波電流的工作原理示意圖。負載穩(wěn)態(tài)時的電流波形負載突然增加時的電流波形負載突然減少時的電流波形負載不平衡時的電流波形圖5-4 有源電力濾波器僅補償負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設備，避免設備長期運行在過載狀態(tài)。其控制過程為一旦檢測流過APF電流超過其正常額定值，而電流還未超出其過載限時，控制器自動地調(diào)節(jié)APF輸出最大電流值進行限制，減小