榮信公司HVC 和SVC 裝置的幾個(gè)特點(diǎn)

0 引言

流程工業(yè)采用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)必須做到諧波治理與無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償有機(jī)的相結(jié)合，使電網(wǎng)和設(shè)備都長(zhǎng)期安全運(yùn)行。當(dāng)今大型水廠的節(jié)能降耗，大都采用大功率變頻調(diào)速技術(shù)，選擇好的符合水工藝流程要求的大功率變頻器，如何科學(xué)地應(yīng)用好變頻器是一個(gè)非常重要的課題，節(jié)能降耗、諧波治理與無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償要有機(jī)的相結(jié)合，要同步設(shè)計(jì)，既要節(jié)能降耗，又要安全運(yùn)行。

1 變頻器本身要徹底抑制諧波

實(shí)踐告訴我們，變頻器就是一個(gè)諧波源，什么“無諧波”，是一種美化了的神話。高次諧波危害極大，所以水廠設(shè)計(jì)之初就要將無功補(bǔ)償和高次諧波治理綜合考慮，無功功率補(bǔ)償?shù)饺珡S的綜合的功率因數(shù)達(dá)到0.90 以上，已被我們所認(rèn)識(shí)，但對(duì)認(rèn)識(shí)諧波治理的重要性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如我們?cè)O(shè)計(jì)的北京第九水廠，6 臺(tái)調(diào)速水泵機(jī)組都在運(yùn)轉(zhuǎn)。試運(yùn)行后，我們邀請(qǐng)北京電力科學(xué)院做了多次諧波電流的測(cè)試工作。發(fā)現(xiàn)其高次諧波非常豐富，不僅偶次諧波超標(biāo)，奇次諧波更是超標(biāo)。不但產(chǎn)生特征諧波電流，而非特征諧波電流也很大。諧波抑制的方法有幾種：一種是增加變頻器整流的相數(shù)，相數(shù)越多，主要的高次諧波就越小;一種是在變頻器的輸入和輸出側(cè)安裝濾波器，LC無源濾波器目前還有采用，但采用有源電力濾波器是主要趨勢(shì)。中國(guó)榮信公司在電網(wǎng)側(cè)采用隔離移相變壓器，構(gòu)成多級(jí)移相疊加的整流方式，實(shí)現(xiàn)幾十到一百的脈沖整流效果，這種多重化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可大大改善電網(wǎng)側(cè)的電流波形，無需任何無功功率補(bǔ)償及諧波抑制裝置就可滿足供電部門對(duì)負(fù)載網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量的要求，功率因數(shù)高達(dá)0.95 以上。由于變壓器二次側(cè)繞組的獨(dú)立性，使變頻功率單元的主回路也相對(duì)獨(dú)立，非常安全可靠，既不增加噪音又不使功率單元電路發(fā)熱，還不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，變頻器的效率高于0.97以上。就是不采用變頻調(diào)速的給排水工程，也要綜合考慮諧波抑制和無功功率補(bǔ)償?shù)膯栴}。榮信公司的SVC 裝置，具有多項(xiàng)國(guó)際專利技術(shù)，是綜合考慮諧波抑制和無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)淖罴堰x擇方案之一。

2 中國(guó)榮信公司SVC 無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

裝置的作用簡(jiǎn)介

中國(guó)榮信公司SVC 系統(tǒng)由控制柜、脈沖柜和功率單元三部分組成?？刂乒竦淖饔檬峭ㄟ^采集系統(tǒng)信號(hào)經(jīng)內(nèi)部計(jì)算處理后發(fā)出觸發(fā)脈沖，同時(shí)檢測(cè)晶閘管擊穿、觸發(fā)脈沖丟失和TCR 過流等。脈沖柜是將觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦蟮拿}沖信號(hào)，觸發(fā)晶閘管。功率單元是由晶閘管、阻容吸收、熱管散熱器、脈沖變壓器、BOD板和擊穿檢測(cè)板六部分組成。SVC系統(tǒng)串入電抗器回路，通過接收脈沖柜發(fā)出的脈沖信號(hào)，控制晶閘管的通斷，使電抗器產(chǎn)生補(bǔ)償所需的電流。如圖1 所示。

SVC 監(jiān)控系統(tǒng)可以方便、直觀的查看SVC 設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、曲線、歷史記錄、故障記錄等，支持網(wǎng)絡(luò)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。SVC 原理如圖2所示。SVC 如圖2 所示接入系統(tǒng)中，電容器提供固定的容性無功QC，補(bǔ)償電抗器通過的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無功Qtcr 的大小，感性無功和容性無功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功Qn=Qv(系統(tǒng)所需)-Qc+Qtcr=常數(shù)(或0)，則能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動(dòng)，關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到所需的流過補(bǔ)償電抗器的電流，晶閘管變流裝置和控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能，采用母線的無功電流值和電壓值，合成無功值，和所設(shè)定的恒無功值(可能是0)進(jìn)行比較，計(jì)算出觸發(fā)角的大小，通過晶閘管觸發(fā)裝置，使晶閘管流過所需電流。

對(duì)于不對(duì)稱負(fù)荷，利用steinmets理論實(shí)現(xiàn)分相調(diào)節(jié)，消除負(fù)序電流，平衡三相電網(wǎng)。榮信公司是國(guó)內(nèi)SVC最大的生產(chǎn)基地，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率超過50%，超過了ABB 和西門子的占有量，現(xiàn)有600 多套裝置在正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還出口越南、泰國(guó)、緬甸、土耳其、尼日利亞、蘇丹等國(guó)家，并為意大利等國(guó)際型工程總包公司提供SVC分包業(yè)務(wù)。

3 選擇和應(yīng)用大功率變頻器的幾個(gè)關(guān)健要素

從七個(gè)關(guān)鍵要素中去評(píng)選綠色環(huán)保型的功能安全的能在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控和實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程診斷的變頻器裝置。

3.1 選擇高性能IGBT模塊功率器件構(gòu)建雙PWM

綠色環(huán)保型的新型變頻主電路是重中之重變頻主電路的功率器件是變頻器技術(shù)發(fā)展的最主要的核心物質(zhì)基礎(chǔ)。主電路功率器件的工作過程就是能量的過渡過程，其可靠性、穩(wěn)定性、精確性決定了變頻器的可靠性、穩(wěn)定性和精確性。中國(guó)榮信公司選用EUPEC 公司的高性能IGBT模塊功率器件，采用多重化脈寬調(diào)制技術(shù)，對(duì)每個(gè)功率單元進(jìn)行多重化疊加，可得到階梯的正弦PWM波形;采用美國(guó)著名的德馬考爾(Thermacore)公司的超導(dǎo)熱管冷卻專利技術(shù)，徹底解決了IGBT等功率器件散熱的熱島效應(yīng)問題，使用壽命可超過30年，并免維修。這種階梯的正弦PWM 波形，正弦度很好，dv /dt<500 V/滋s，對(duì)電機(jī)和電纜的絕緣無損害，無需另加濾波器，對(duì)輸出的電纜長(zhǎng)度無特殊要求，可直接用于普通電機(jī)，能有效消除負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和機(jī)械軸承的振動(dòng)。

雙PWM綠色變頻主電路拓?fù)浣Y(jié)抅，將是新型大功率變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。不僅逆變部分采用最新的自關(guān)斷器件，就是整流部分也采用最新的PIC 功率模塊器件，電網(wǎng)側(cè)輸入電流波形接近正弦波，且功率因數(shù)接近于1;另一方面，實(shí)現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋，保證變頻器能四象限運(yùn)行;PWM 整流回路還可以大大減小直接環(huán)節(jié)的濾波電容的容量。采用雙PWM技術(shù)，對(duì)消除機(jī)械和電磁噪音是最佳的方法。隨著功率和頻率的增加，PWM 的開關(guān)損耗也會(huì)增加，所以在大功率和高頻化方面還有大量技術(shù)要研究和突破。我們可以采用虛擬技術(shù)和嵌入式技術(shù)，隨著微處理技術(shù)迅速發(fā)展，利用諧波技術(shù)，硬開關(guān)變軟開關(guān)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的PWM 模式，來解決開關(guān)損耗問題。優(yōu)化的PWM 模式，即三次諧波疊加法和電壓空間矢量PWM 法，這兩種方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)控制容易、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、控制精度高、準(zhǔn)確度高的全數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。

PWM控制技術(shù)現(xiàn)在正處在不斷完善，不斷創(chuàng)新的大好階段，將進(jìn)一步推動(dòng)更多更好的綠色環(huán)保型變頻器的創(chuàng)新。自上世紀(jì)70 年代到現(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，主電路的功率器件經(jīng)歷了四代巨大的變革。由第一代的SCR晶閘管，第二代的GTR電力晶體管、MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管，第三代的IGBT絕緣柵極雙極晶體管，到第四代的智能功率集成模塊PIC為代表的最新型功率器件，將成為變頻主電路的決定性因素。還有最新的功率器件如IGCT、IEGT集成發(fā)射式門極晶閘管、GaAS(砷化鎵管)、SiC(碳化硅)復(fù)合器件管、光控IGBT管及超導(dǎo)功率器件管等在不斷的閃亮登場(chǎng)。

3.2 選擇高質(zhì)量長(zhǎng)壽命的濾波電容是變頻器長(zhǎng)

期穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證當(dāng)今變頻器大都要配置電容，為了打價(jià)格戰(zhàn)，大多選用電解電容。無數(shù)實(shí)踐告訴我們，這種電解電容耐壓低，要多個(gè)串聯(lián)，其均壓?jiǎn)栴}不好解決，致使電容發(fā)熱嚴(yán)重，不能自愈，極易引起外殼炸裂，壽命極短，每五年就要全部更換，變頻器的維護(hù)重點(diǎn)就是電解電容，運(yùn)行維護(hù)價(jià)格很高，使客戶望而卻步。榮信公司采用高可靠性的低感性的電力電容，這種電容，耐壓高(比電解電容高4 倍左右)、容量大，寄生電感小，有自愈功能，壽命可達(dá)20~30年，是變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證。上?？逻_(dá)公司采用無極性電容，效果也很好。

3.3 變頻器要真正做到全數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化

變頻調(diào)控系統(tǒng)包含多學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，是一個(gè)快速監(jiān)控的系統(tǒng)，需要存儲(chǔ)和處理大量的多種數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)上要快速實(shí)時(shí)的處理，傳遞大量的信息。水泵機(jī)組配套的變頻器是一個(gè)執(zhí)行器，在大型的水系統(tǒng)中，變頻器就工作在工藝流程非常復(fù)雜、工作環(huán)境不好、并且要不斷接受指令變速運(yùn)行的狀況中。泵站和凈化處理廠相距遙遠(yuǎn)，加上無人值守，長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)故障的幾率就很高。變頻器必須數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，才能在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行快速的工作、診斷和維修。榮信公司采用高速單片機(jī)控制器或DSP 控制器與MMI 一體化工作站和PLC 共同構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)柔性的閉環(huán)控制，生成多電平的PWM控制波形，產(chǎn)品擁有完善的在線的保護(hù)、故障診斷、打印、存儲(chǔ)、查閱、進(jìn)行邏輯處理、運(yùn)行控制、故障聯(lián)鎖等功能。

3.4 創(chuàng)建了業(yè)介唯一的全球互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控支持

系統(tǒng)

全球任何一個(gè)用戶，只要能上互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)，就能隨時(shí)將中壓變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)傳回地處鞍山市的榮信公司的全球遠(yuǎn)程監(jiān)控中心室，可得到榮信公司專職維護(hù)工程師的24 h的技術(shù)支持和運(yùn)行監(jiān)控，保證售出的變頻器(RHVC)、SVC、FC 等裝置的無故障高可靠安全穩(wěn)定運(yùn)行。榮信公司研制的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件技術(shù)，打造國(guó)內(nèi)外獨(dú)一無二的網(wǎng)絡(luò)化的品牌服務(wù)。

3.5 創(chuàng)建了國(guó)內(nèi)唯一的中壓變頻全載試驗(yàn)檢測(cè)中心

國(guó)內(nèi)，絕大多數(shù)中壓變頻生產(chǎn)廠家不具備這樣的全負(fù)載檢測(cè)實(shí)力，產(chǎn)品出廠前做不了全載的考核，只有榮信公司才能進(jìn)行耐中壓全負(fù)載試驗(yàn)檢驗(yàn)，這是中壓變頻器質(zhì)量保證的基石。

3.6 變頻器整機(jī)全部經(jīng)過嚴(yán)格的高低溫老化考核

榮信公司遵循ISO9001 質(zhì)量體系的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一個(gè)元器件都要進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，全部組裝完成后，再進(jìn)行整機(jī)的高低溫老化考核，確保產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)。[!--empirenews.page--]

3.7 變頻器采用雙峰焊生產(chǎn)線和自動(dòng)貼片生產(chǎn)線

一個(gè)中壓變頻裝置技術(shù)含量很高，它融合了電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)，控制技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，其焊接質(zhì)量就是關(guān)鍵所在，榮信公司采用先進(jìn)技術(shù)，使控制線路具有優(yōu)良的抗干擾能力，確保控制系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

4 榮信公司變頻器(HVC)和(SVC)的典型業(yè)績(jī)

4.1 榮信公司變頻器的典型業(yè)績(jī)

榮信公司最近幾個(gè)月的業(yè)績(jī)?nèi)绫?所列。

撫順自來水廠擴(kuò)建實(shí)例如下。

大泵房水泵設(shè)備：315 kW、220 kW 、400 kW，額定電壓均為10 kV;

2 號(hào)泵房水泵設(shè)備：300 kW、300 kW、220 kW，額定電壓均為10 kV;

兩個(gè)泵房高壓水泵采用變頻調(diào)速，現(xiàn)采用遼寧榮信公司RHVC-A10/600-F 進(jìn)行一拖三方案，恒壓供水，定時(shí)調(diào)節(jié)的控制方式，可以使設(shè)備長(zhǎng)期工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下，有針對(duì)性地管對(duì)網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，保證供水壓力恒定，完全避免水泵工頻起停時(shí)對(duì)設(shè)備及管路的沖擊的水錘效應(yīng), 節(jié)能效果更加顯著。針對(duì)大泵房負(fù)載情況的系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

4.2 榮信公司SVC的典型業(yè)績(jī)

榮信電力電子股份有限公司是中國(guó)最大的靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)制造商，也是中國(guó)最多的SVC 專利技術(shù)擁有者，專業(yè)研制開發(fā)并向國(guó)內(nèi)外用戶提供TCR 及TSC 型SVC 產(chǎn)品，擁有國(guó)內(nèi)唯一的SVC 專用高壓全載試驗(yàn)檢測(cè)中心，擁有高效熱管自冷、晶閘管串聯(lián)及全數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)。集中了國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)工程技術(shù)人員，產(chǎn)品性能價(jià)格比明顯優(yōu)于同類進(jìn)口產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于寶鋼、鞍鋼、首鋼、武鋼、沙鋼等國(guó)內(nèi)七十余家鋼鐵企業(yè)，蘭州鐵路局、神華鐵路局等電氣化鐵道牽引站，以及烏魯木齊葦湖梁礦務(wù)局、哈密礦務(wù)局、上海馬跡山港、海口電業(yè)局等煤礦、港口及電力系統(tǒng)，總安裝容量已超過2 500 Mvar，遙遙領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)同行業(yè)。是中國(guó)SVC 設(shè)計(jì)及安裝容量最多的基地，榮信SVC 是中國(guó)唯一通過ISO9001專業(yè)認(rèn)證的SVC。

榮信SVC 被國(guó)家計(jì)委列為國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程，被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委列為國(guó)家重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)新研制專項(xiàng)，被國(guó)家科技部列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品，被國(guó)家外國(guó)專家局列為引進(jìn)國(guó)外技術(shù)及專家重點(diǎn)項(xiàng)目，得到總理基金的特別支持。

實(shí)例一最近榮信股份中標(biāo)巴西CSN 公司UPV 鋼廠長(zhǎng)材工程34.5kV 及13.8kV 高壓無功補(bǔ)償兼濾波裝置FC。

巴西CSN公司UPV 鋼廠長(zhǎng)材工程，設(shè)有1臺(tái)138/34.5 kV 變壓器及1 套34.5 kV 配電裝置為1座電爐、1座LF爐供電，另設(shè)有2 臺(tái)138/13.8 kV37.5 MVA 變壓器及1 套13.8 kV 配電裝置為煉鋼、連鑄、高速線材軋機(jī)供電。

為了消除諧波對(duì)電網(wǎng)造成的污染，降低電壓畸變率，提高電力系統(tǒng)的帶載能力，凈化電網(wǎng)，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，最大限度地節(jié)約成本，巴西CSN公司提出了對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造的具體要求是保證整體設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，確保整個(gè)設(shè)備控制功能的完整性、可靠性、準(zhǔn)確性，而且設(shè)計(jì)與設(shè)備應(yīng)具有當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平。

榮信股份一直以來都嚴(yán)格按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計(jì)生產(chǎn)各類產(chǎn)品，在世界同行業(yè)中擁有良好的口碑，且技術(shù)全面，設(shè)備齊全，設(shè)計(jì)合理，服務(wù)周到，所以巴西CSN 公司委托榮信股份進(jìn)行該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施。

該項(xiàng)目電壓等級(jí)為34.5kV、13.8kV，其中34.5kV一套，共有H2、H3、H4、H5四個(gè)濾波通道;13.8 kV 一套共有H3、H5、H7 三個(gè)濾波通道;13.8 kV 一套并聯(lián)補(bǔ)償。

實(shí)例二山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司新建煉鋼車間。

該車間包括600 t混鐵爐1 座、65 t脫磷轉(zhuǎn)爐1座、60 t電弧爐2座、60 t GOR氣氧精煉爐3座、70 t LF鋼包精煉爐2座、不銹鋼板坯連鑄機(jī)1臺(tái)。車間年產(chǎn)不銹鋼板坯62萬t、普碳鋼板坯20.7萬t。

因其負(fù)荷性質(zhì)可能使無功沖擊較大，并伴隨大量諧波電流產(chǎn)生，功率因數(shù)低，往往給電網(wǎng)造成無功沖擊引起的電壓波動(dòng)，諧波電流流入系統(tǒng)發(fā)熱，設(shè)備運(yùn)行可靠性降低，功率因數(shù)低，從而加大了生產(chǎn)成本。為了解決以上問題，山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司通過招投標(biāo)選用榮信公司生產(chǎn)的SVC。該工程額定電壓為35kV，TCR容量為85Mvar，是不平衡負(fù)荷。

經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和制造，該工程于2008 年順利投運(yùn)，并取得了成功。投運(yùn)測(cè)試結(jié)果表明，電壓畸變滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，功率因數(shù)在0.95 以上，注入系統(tǒng)的諧波電流滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，改善電網(wǎng)質(zhì)量，抑制電壓波動(dòng)，消除系統(tǒng)諧波電流，提高了功率因數(shù)，從而保證了系統(tǒng)用電的安全與可靠。

實(shí)例三中信重機(jī)廠110 kV 變電所，為了消除高次諧波、無功沖擊、電壓波動(dòng)和閃變對(duì)電網(wǎng)的影響，達(dá)到平衡系統(tǒng)無功、提高系統(tǒng)功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量、穩(wěn)定電網(wǎng)以及節(jié)能降耗、降低運(yùn)行成本等目的，采用了榮信公司生產(chǎn)的SVC 和FC 來解決以上問題。

本工程額定電壓為35 kV，額定功率為55 Mvar，分別有H2、H3、H4、H5 四組濾波通道。

自從榮信SVC 投運(yùn)后，有效地降低了無功功率和諧波的影響，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，濾除諧波，降低能耗，大大改善了電網(wǎng)質(zhì)量，使電網(wǎng)的功率因數(shù)逸0.95，電壓諧波總畸變率限值臆3.0%。

榮信SVC 從根本上解決了電能質(zhì)量問題，做到了冷卻系統(tǒng)免維護(hù)，也獲得了用戶的一致好評(píng)和充分信任。