鞍山荣信有源滤波兼无功补偿APF技术方案

1、沈阳至铁岭城际铁路工程0.4kV动态有源滤波兼无功补偿装置（APF）技术方案中国鞍山荣信电力电子股份有限公司2012年05月目录第1章 企业简介3第2章 方案设计原始资料62.1 遵循的主要标准7第3章 方案设计83.1 环境条件93.2 容量设计9第4章 APF总体说明104.1 APF的基本原理114.2 APF控制系统的组成及控制原理124.3 APF用于有源滤波12第5章 APF控制策略介绍145.1 控制策略设计15第1章 企业简介中国鞍山荣信电力电子股份有限公司荣信电力电子股份有限公司（股票代码002123，股票简称：荣信股份）作为国内电力电子技术领域第一只股票，于2007年3月2

2、8日在深圳证券交易所正式上市交易。荣信电力电子股份有限公司是一家专业从事节能大功率电力电子成套装置研究开发、系统设计和装备制造的国家级高科技企业，其自主开发的包括高/低压静止无功发生器（SVG）、有源谐波发生器（APF）、高压动态无功补偿装置（SVC）、智能型瓦斯排放器（MABZ）、高压大功率电机变频调速装置（HVC）、高压大功率电机软启动装置（RHSS）等多个系列高科技产品，拥有全部自主知识产权。公司坐落于国家高新技术产业开发区辽宁省鞍山开发区，占地面积90000m2,建筑面积50000m2。现有工程技术人员450人，外国常驻专家5人，教授级高级工程师5人，副教授级高级工程师9人，博士及博士

3、后15人，硕士研究生35人，工程师381人。公司拥有中国国内最大的具有国际先进水平的SVG/SVC全载试验中心，具备完善的生产、检测、试验、调试、系统仿真及设计手段。经多年来600余套SVG，1000余套SVC装置的设计、制造、安装调试及投运，锻炼出了一支技术精湛、现场经验丰富的研发、设计、生产制造、试验、安装调试及售后服务队伍。企业于2000年通过了瑞士SGS审核的ISO9001国际质量管理体系认证。1997年我公司生产的高压动态无功补偿装置成功地应用于武钢、鞍钢及鞍山一轧，同年通过了省级鉴定， 1998年国家发展计划委员会为加快中国在SVC领域的产业化和国际化进程，立专项资金在本公司建立了

4、国内第一条SVC重点工业性试验示范生产线（现名为：国家高技术产业化示范工程），2000年建成了具有国际先进水平的SVC装置高压全载实验中心，已具备年产300套SVC装置、300套FC装置的能力。该中心具有先进的试验、测试能力，能对35kV、10kV、6kV不同电压等级、不同容量的补偿装置进行全载试验及出厂前运行考核。2001年9月荣信生产的SVC被国家科技部列为国家级重点新产品。迄今为止，已实施项目居国内首位。SVC项目被国家经贸委列为重大技术装备创新研制项目。作为SVC的下一代产品，SVG/APF在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减小占地面积等

5、多方面具有更加优越的性能。依托公司雄厚的技术力量，荣信公司从2005年底就着手研发低压APF及高压大容量的SVG。2006年，由荣信公司自行研制的以美国TI公司DSP为核心控制器的SVG/APF试验平台顺利完成。2007年，荣信公司研制的国内首台应用于牵引变流站的SVG投入运行；2009年荣信公司首台低压有源滤波APF在吉林正合电器公司投运。目前，荣信生产的近百套低压APF已在钢铁、煤矿、发电、民用等行业广泛应用。其技术先进性和运行可靠性均得到了用户的高度认可。本公司拥有21 项核心专利与9 项软件著作权。荣信公司集各方之所长，技术力量雄厚，具有全方位研究、设计、制造及检测能力，并与国内外著名

6、研究机构及电气公司有着紧密地学术联系和技术合作，本公司的众多优秀技术人员愿与广大用户的专家们一道努力，以先进的技术和优质的产品，致力于中国的电网稳定和纯净工程，为各工矿企业及电力部门的节能降耗和安全生产做出贡献。 第2章 方案设计原始资料中国鞍山荣信电力电子股份有限公司2.1 遵循的主要标准DL/T672-1999变电所电压无功调节控制装置订货技术条件GB 1207-1997电压互感器DL/T620 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合GB/T 11032-2000交流无间隙金属氧化物避雷器G/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差GB 12326-2000 电能质量 电压波动和闪

7、变GB/T14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度GB14285-93 继电保护和安全自动装置技术规程DL/T677-1999 继电保护设备信息接口配套标准以及其它相关标准；以上标准均执行最新版本。第3章 方案设计中国鞍山荣信电力电子股份有限公司3.1 环境条件环境温度：25+40，最高日温度+40，最高月平均温度不大于30，最高年平均温度25。相对湿度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25）；(高湿度可能产生凝露，投标人应采取措施防止凝露对设备的危害)饱和蒸气压：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）安装条件： 室内安装3.2 容量设计根据招标文件提出的补偿容量要求，单套APF有源滤波兼无功补偿装置可以满足滤除100A谐波电流的同时，补偿150kvar基波无功的容量需求，则APF装置可输出的基波电流不应小于150/（1.732*0.38）=228A。则单套APF额定电流不应小于，设计在每台配电变压器400V母线侧加装一套APF有源滤波兼无功补偿装置，单套APF装置额定电流为300A，可以满足招标文件要求的滤波与补偿容量要求。共计14套。第4章 APF总体说明中国鞍山荣信电力电子股份有限公司4.1

9、 APF的基本原理采用直接电流控制的有源滤波型APF的工作原理如下图所示。从图中可以得出式(1)，即电源电流是负载电流和补偿电流之相量和。假设负载电流中含有基波正序电流（包括基波正序无功电流和基波正序有功电流）、基波负序电流和谐波电流，如式(2)所示。图4-1 采用直接电流控制的静止无功发生器的工作原理(1)(2)为使电源电流中不含有基波正序无功和基波负序电流，则需要控制APF输出电流满足式(3)。这样电源电流中就只含有基波正序有功和谐波电流，如式(4)所示。(3) (4)因此，要想达到补偿目的，关键是控制APF输出电流满足式(3)。从APF工作原理的描述可以看出，如果要使APF在补偿无功的基

10、础上还对负载谐波进行抑制，只需要使APF输出相应的谐波电流即可。因此，从这个意义上说，APF能够同时实现补偿无功电流和谐波电流的双重目标。4.2 APF控制系统的组成及控制原理APF控制策略有直接电流控制和间接电流控制，我公司采用性能优越的直接电流控制方法，直接电流控制方法框图如下图所示。图4-2 APF控制原理图4.3 APF用于有源滤波 图4-3 APF滤波基本原理图有源滤波器的基本思想如上图。谐波源一般为非线性负荷，如整流器、带有整流环节的变频器及大量带有开关器件的设备等，产生谐波电流；供电系统一般为被保护对象，也即要达到最终流入或流出系统的电流是谐波含量极少的正弦波，有时还有功率因数要

11、求；有源滤波装置表现为流控电流源，它的作用是产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流，来达到消除谐波的目的。与无源滤波装置相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。（a）补偿前电压和电流 （b）补偿后电压和电流 图4-4 APF补偿无功及滤除谐波第5章 APF控制策略介绍中国鞍山荣信电力电子股份有限公司5.1 控制策略设计1 . APF谐波电流控制APF在工作时，先利用电流互感器检测负载电流，其数字检测系统对采集到的负载电流进行处理，检测出其中的谐波和无功电流分量；控制指令生成系统根据相应控制目标生成与待补偿电流大小相等、方向相反的补偿电流指令；跟踪控制系统通过将实

12、际输出补偿电流与指令进行比较，经调节器后生成PWM信号驱动内部IGBT 合理通断，保证主电路实时输出与补偿指令一致的补偿电流，来抵消负载电流中的谐波和无功电流分量。通过APF补偿后，如果控制目标同时补偿谐波和无功功率，则补偿点上游的电源电流变为与电源电压同相的基波正弦量；如果控制目标为仅补偿谐波，则补偿点上游的电源电流变为基波正弦量。下图为 APF仅补偿负载谐波电流的工作原理示意图。负载稳态时的电流波形负载突然增加时的电流波形负载突然减少时的电流波形负载不平衡时的电流波形图5-4 有源电力滤波器仅补偿负载电流谐波工作原理示意图2. APF过流控制APF过流控制主要目的是保护设备，避免设备长期运行在过载状态。其控制过程为一旦检测流过APF电流超过其正常额定值，而电流还未超出其过载限时，控制器自动地调节APF输出最大电流值进行限制，减小