电气科研立项报告模板

1、科研项目立项论证报告项目名称： 变配电系统综合节电技术申请人： 刘希云承担部门：研发中心北京诚信能环科技2005年1月一、研究目标、要紧内容和技术指标.研究目标组织和利用公司雄厚的资源，联合大专院校、科研院所的专家进行 变配电系统节电技术研究，利用具有先进技术的节电产品和治理手腕， 将节能降耗工作落实到实处，以产生节能成效，实行企业配电网的经济 运行方式，实现全面降低变配电系统能耗。.要紧内容(1)最近几年来，社会经济的进展使得电网规模不断扩大，各类非线性负荷及电力电子设备在电网负载中所占比例急剧增加，谐波污染问题日趋凸显出来。传统的无源滤波技术已难以知足动态转变的滤波要求， 有源电力滤波器是

2、最有效的滤波方式。 公司将致力于有源电力滤波器装 置的技术研究，基于高速的滤波补偿技术，冲破传统谐波补偿装置响应 速度慢的技术瓶颈，开发具有自适应功能，对负载的波动响应快的综合 有源电力滤波装置。(2)在电力系统输送电能的进程中，无功功率不足，将使系统中输送 的总电流增加、使变压器的出力减少、供电线路及系统设备有功功率损 耗增大、线路结尾电压下降；而关于电力用户来讲，过量地从电网中吸 取无功，不仅使电网电能质量下降，也阻碍自身的用电和生产，使企业 效益下降，乃至招致罚款。因此，为了减少无功的损失和幸免其在电网 中的不妥流动，必需进行无功补偿。传统的低压动态无功补偿装置(又称 功率因数自动补偿装

3、置)是采纳模拟量或微电脑功率因数检测，通过中间 继电器(或固态继电器)接通接触器、操纵补偿电容器投入或切除。存在 的要紧问题有：合闸涌流大；断开弧光大；补偿电容器及接触器易损坏； 对供电系统及周围电气设备干扰大。 公司将研究新型低压无功动态补偿 装置，采纳微电脑全数字操纵，通过交流无触点电子开关投切补偿电容 器。实现无触点化，无合闸涌流，无断电弧光，低压滤波和分相补偿， 远程监控或遥控。(3)联合大专院校，研发控压稳压限流技术，开发智能节电产品。通 过电磁调压、电磁移相、电磁平稳等新技术，对负载设备进行实时检测 与跟踪，自动滑腻地调剂灯光电路的电压和电流幅度，在保证灯具正常 照度的前提下，最大

4、程度地降低灯光照明系统的电耗。.要紧技术指标(1)有源滤波器(APF)额定工作电压：400V (10kV)滤波成效：滤除230次谐波，谐波电流和谐波电压知足并超过IEC 标准，谐波电流滤除率达到90%以上无功补偿：动态补偿无功功率，功率因数大于爱惜功能：过载、过热、过压、缺项、短路、抗干扰数据记录：液晶显示电网电压、电流、各次谐波电流、电压畸变率， 故障信号报警动态补偿响应时刻：30 ws(2)无功补偿装置额定工作电压：380V可操纵电容器容量： 50kvar实现配电变压器电气参数测量、记录和无功补偿、通信和遥测遥信功能于一体实现三相共补、分相补偿和分共补混合补偿研发的复合开关，要求实现电容器

5、组投切时，无电弧、无涌流、响 应快；导通内阻为零，不产生谐波，不产生合闸涌流，并具有抗谐 波功能；低功耗，不发烧，结构简单、安装方便(3)照明节电设备节电率：20%40%电压品级：380V/220V输出电压稳固精度：士调压步距：最小可达到1/1000V,实现持续调压瞬态响应时刻：小于5ms通信功能：GPRS/CDMA无线通信，实现遥测二、国内外研究现状和进展趋势1.有源滤波器(APF)的研究现状和进展趋势1971年，等第一次完整的描述了有源电力滤波器的大体原理，但由于那时是采纳线性放大的方式产生补偿电流，其损耗大、本钱高，因此 仅在实验室研究，未能在工业中利用。1976年，等人提出了用大功率晶

6、体管PWM逆变器组成的有源滤波器，并正式确立了有源滤波的概念， 提出了有源滤波器主电路的大体拓扑结构和操纵方式。采纳有源滤波器 对电力谐波进行动态治理真正进入有历时期仍是在 20世纪80年代。各类新型电力半导体器件的接踵问世、 PWM技术的进展和基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方式的提出，都极大地增进了有源滤波技 术的进展。我国在有源电力滤波器的应用研究方面，继日本、美国、德国等以 后，取得学术界和企业界的充分重视，并投入了大量的人力和物力，但 和电子工业发达的国家相较有必然的差距。到目前为止，我国也有几台 APF产品投入工业试运行，如华北电力实验研究所、冶金部自动化研究 院和北京供电公

7、司联合开发、研究的有源高次谐波抑制装置于1992年在北京木材厂中心变电站投入工业运行，该装置采纳了三个单相全控桥逆变器（功率开关为 GTR）,用于低压电网单个谐波源的谐波补偿，该 套装置容量不是专门大，且补偿成效要紧体此刻几个特定次数的谐波（五、7、1 一、13次）上，同时调制载波的频率（）不太高，谐波跟 踪、补偿成效并非是十分理想。华南理工大学研制了混合型有源电力滤 波器用于牵引变电站的谐波治理， 该装置在减小滤波器有源部份容量和 技术实现上做了大量的工作，也取得了相当的功效，但仍然有一些技术 需进一步研究并加以完善和改良， 如其滤波成效和隔离基波电压的无源 网络阻抗在设计上存在必然困难，无

8、源网络的阻抗大，那么有源部份的 容量小但系统滤波成效将降低，无源网络的阻抗小，那么滤波成效好但 有源部份的容量也将随之增大。西安交通大学提出了四重化变流器作为 大容量有源电力滤波器主电路的方式， 该方式有效地解决了大容量和开 关频率的矛盾，但相对而言本钱较高，在一些具体实现技术上也尚在进 一步研究当中。目前，APF的要紧研究内容和方向包括：如何提高装置容量和性能价钱比；如何使装置多功能化和小型化；在应用方面还必需解决电网中 原有的APF、PF及不同负载对补偿系统的阻碍。2,静止无功补偿技术的研究现状和进展趋势20世纪70年代以来，同步伐相机开始慢慢被静止型无功补偿装置 所取代。初期的静止无功补

9、偿装置是饱和电抗器型的。饱和电抗器比之 同步伐相机具有静止、响应速度快等优势；但其铁心需磁化到饱和状态， 因此损耗和噪声仍是专门大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又 不能分相调剂以补偿负荷的不平稳，因此未能占据主流。电力电子技术的进展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台， 并慢慢占据了静止无功补偿装置的 主导地位。于是静止无功补偿装置（SVC）成了专门利用晶闸管的静止无 功补偿装置。静止无功补偿装置要紧包括晶闸管操纵电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。随着电力电子技术的日新月异和各门学科的交叉阻碍，静止无功补偿的进展趋势要紧有以下几点：（1）在城

10、网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加 装无功补偿操纵器和配电综合测试仪， 因此提出了无功补偿操纵器和配 电综合测试仪的一体化的问题。（2）快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时刻，快速投切 电容器，以知足工作条件较恶劣的情形（如大的冲击负荷或负荷波动较频 繁的场合）。随着运算机数字操纵技术和智能操纵理论的进展，能够在无功补偿中引入一些先进的操纵方式，如模糊操纵等。(3)目前无功补偿技术还要紧用于低压系统。高压系统由于受到晶闸 管耐压水平的限制，是通过变压器降压接入的，如用于电气化铁道牵引 变电所等。研制高压动态无功补偿的装置那么具有重要意义，关键问题 是要解决补偿装置晶闸

11、管和二极管的耐压，即多个晶闸管元件串联及均压、触发操纵的同步性等。(4)由单一的无功功率补偿到具有滤波和抑制谐波的功能。随着电力 电子技术的进展和电力电子产品的推行应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优势的晶闸管开关滤 波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳固系统电压、改善电能 质量的有效手腕。3.照明系统节电产品的研究现状和进展趋势1996年国家经贸委、国家计委、科技部、建设部等 13个部委和单 位，一起组织实施了 “中国绿色照明工程”，并将其作为节能领域的重 大示范工程。为了进一步推动中国绿色照明工程的开展，2001年国家经 贸委与联合国开发打算署(

12、UNDP)和全世界环境基金(GEF) 一起实 施“中国绿色照明工程增进项目”，目的是通过进展和推行效率高、寿 命长、平安和性能稳固的照明电气产品，节约照明用电，通过项目的实 施到2020年实现照明节电10%。随着国家对照明节电政策的明朗化， 加大了节电技术的进步。我国初期的照明节电产品起源于 20世纪90年代初，主若是借鉴和 仿造美国、日本的可控硅 SCR相控技术生产。在90年代中期，那时以 SCR为代表的电力电子技术、软件操纵技术、移相触发操纵理论取得迅 速进展，从而带动了电机动态节能、电机软启动爱惜、灯光照明节能爱 惜设备与技术的进展。2002年前后，由于照明光源的多元化，道路照明 的商业

13、化，电子镇流器节能灯、霓虹灯的大量利用，和电力紧张，电感 镇流器的当场或集中补偿，使得照明电路无法保障绝对无电容，可控硅 移相的突发导通，无法适应容性负载，SCR节电产品一时陷入窘境。技术方向又转向了传统的电磁技术， 一时设计和生产出各类电磁自耦变 压器降压产品，或电抗降压产品，以适应容性负载的需要，取代SCR节能产品。自耦变压器，对照明设备，尤其是高压气体放电HID光源来讲，电 流的切断和细小电压的突变，将引发灯管电弧的不稳和熄灭（熄灭后要 冷却近10分钟才能再次点燃），而自耦变压器电压抽头有触点和无触点 的换档调剂，都难以做到电流的持续和电压的无级调剂。随着电力电子技术的进展，专门是最近几

14、年来新材料的进展，大功 率电力电子器件的重大进展，以电力调剂和能源处置的技术突飞猛进， 电力拖动，变频调速节能日趋成熟，可控硅 （SCR）、可关断的晶闸管 （GTO）、MOS操纵的晶闸管（MCT）、绝缘门极双极性三极管（IGBT）等大 功率高压开关器件的开发能力不断提高。借助电力电子技术，咱们需要 技术创新，解决交流调压稳压问题。三、技术方案、关键技术及其解决途径1.综合有源电力滤波装置为了知足大功率补偿无功功率和谐波治理的要求，混合型有源电力滤波器（HAPF）将串联谐振注入型有源滤波器（APF）与无源滤波器 （PF）并联混合，只由电容进行无功功率的静态补偿，由有源部份和无源部份一起抑制谐波，

15、PWM逆变器输出电压通过耦合变压器连接到基 波谐振回路。其系统要紧包括直流整流电路、直流侧电容器、三相逆变 桥、数字操纵系统、开关纹波滤波器。耦合变压器、单调谐无源滤波器 组、高压开关、传感器元件等。其关键在于解决以下技术问题：（1）三相逆变桥的过电压问题。在 三相桥式逆变电路PWM操纵中，IGBT模块由于开关速度开，开关频 率高，动态损耗大，关断时功率管上有时会出线危险的过电压。要有效 抑制该瞬时冲击高压，可采纳两种方法：一是加入缓冲电路；一是采纳 吸收爱惜电路。（2）输出滤波器（OF）的设计。输出滤波器OF用于滤 除变流器功率器件的开断所带来的高频毛刺， 而APF系统中的有效谐波 的频率范

16、围比较宽，因此 APF中的OF还对有效谐波电流有较大阻碍。 若是设置不妥，一方面会阻碍APF对有效谐波的滤波性能，另一方面会 使高频毛刺通过APF注入公用电网和用户受电端，阻碍到操纵、通信设 备和周密仪器等的正常工作，严峻时还可能致使 APF系统本身因过流、 过压而不能正常工作，乃至损坏。项目研究需要分析不同类型 OF （如L 型、LC型、LCR型等）对APF性能的阻碍，设计出最优化的 OF电路。（3）数字操纵系统的设计。数字操纵系统是 APF的核心，决定了有源 电力滤波系统的要紧性能和指标。项目研究时，对操纵系统拟采纳双数 字信号处置器DSP的数字化操纵方案，外围元器件全数选用高速器件， 实

17、现系统操纵实时性的高要求。（4）耦合变压器、逆变器直流侧电容参数的选取。2,静止无功补偿装置(1)优化无功补偿系统操纵器的功能，实现无功补偿操纵器和配电综 合测试仪的一体化功能，并具有通信和联网功能。项目研究，采纳高性 能单片微机和DSP处置技术方案，搜集线路或配电设备的电流、电压、 有功、无功和功率因数等，实现配电监测功能。同时，应用区域操纵和 模糊判定原理，操纵电容器的投切，实现无功功率自动补偿。(2)实现在电流过零时刻投切，无涌流冲击，解决有触点型补偿投切 装置的冲击和烧接点问题。需研发项目组开发复合型开关，解决电容投 切产生的瞬变涌流，在电压过零时投入，电流过零时退出。3.照明节电装置

18、恒定调剂输出电压，电流的持续和电压的无级调剂。将电力电子技术、 电磁操纵技术、自动操纵技术、运算机技术彼此结合，提高电压操纵模 块的稳压性能，实现输出电压的持续滑腻调剂，最小电压转变步距小于 1伏，幸免HID灯在调压进程中的熄灭现象和照度的突变现象，幸免对 负载的冲击，实现节能的同时保障负载的正常运行。利用电压操纵模块、功率操纵模块和数字微机操纵器的基础上，针 对不同负载情形，实现三相电压独立调剂或三相统一调剂相结合，整体 优化的节能方案。四、创新点及与国内外先进水平的比较1.综合有源电力滤波装置解决传统APF的三相逆变器的过电压问题。采纳双 DSP的数字化 操纵方案。采纳大功率IGBT电力电

19、子器件，内部集成驱动电路和多种 传感器，具有驱动欠压爱惜、过流爱惜、桥臂短路爱惜、过酷爱惜等多 种爱惜。新开发的产品，在大功率、性价比、爱惜功能、实时响应速度 上，能够和国外先进技术产品相媲美。随着我国电能质量治理工作的深 切开展，选用大功率综合型有源电力滤波器进行谐波治理将会有庞大的 市场潜力。2,静止无功补偿装置实现无功补偿操纵器和配电综合测试仪的一体化功能，并具有通信和联网功能。研发智能型复合开关，实此刻电流过零时刻投切，无涌流 冲击，解决有触点型补偿投切装置的冲击和烧接点问题。应用于电力系统，能够提高系统振荡的阻尼，改善暂态稳固性，对 电压提供支持，避免电压失稳。3.照明节电装置实现电

20、流的持续和电压的无级调剂，负载额定电压启动，自适应负 载转变智能调剂操纵，效率高噪音低，三相电压独立输出调剂，无条件 保障负载供电。设有独立的旁路开关，故障时能及时退出运行，保证照明灯具仍然 能够继续利用。完善的动态检测功能，具有输入、输出、电压、电流、 功率等异样爱惜功能，能够延长灯管的利用寿命，且不增加交流电网总 的谐波含量。五、预期功效及其应用前景项目预期研发产品有：混合型有源电力滤波器；无功补偿操纵器和 智能型复合开关；照明节电装置。随着我国节能降耗工作的深切开展， 以上产品能够在多个行业的变配电系统中普遍推行应用。在工业用户、谐波源变电站配电室内可安装电力滤波器。其作为改 善供电质量

21、的一项关键技术，目前有源电力滤波器在美国、日本等发达 工业国家已普遍用于国民经济的各个生产部门，而且谐波补偿的次数慢慢提高（典型值达25次），单机装置的容量也慢慢提高（APF的最大容 量可达50MVA）,其应用领域正从补偿用户自身的谐波向改善整个电力 系统供电质量的方向进展。配电网的无功补偿愈来愈受到人们的重视，不断改良，不断创新， 从静态补偿到动态补偿，从有触点到无触电补偿，并取得了丰硕的体会。 但目前，在系统的无功补偿中还存在一些问题， 如优化问题、测量问题、 谐波问题和无功治理问题等，这些问题的存在使无功补偿技术无法取得 预想的成效。研发的装置适用于 400V低压配电网，可普遍用于户外台

22、 式变压器、室内配电室、箱式变电站和冶金、机械、矿山、铁路、化工 等企业或低压用户进行自动跟踪补偿、配电监测和谐波治理。据统计，我国照明用电占全国用电量的12%左右，做好照明用电的 节能具有重要意义。新型智能照明节电设备应用范围普遍，将在多个行 业产生节电效益。如城市道路照明、高速公路、隧道照明节能与爱惜； 商场、超市综合负载照明节能与设备爱惜；学校、医院照明节能与设备 爱惜；办公写字楼、政府办公场所照明节能与设备爱惜；工厂、车间照明节能与设备爱惜；广场、机场、口岸码头、物流中心、车站、照明节 能与爱惜；地下车库24小时自适应照明节能与灯具爱惜；大型路边、 房顶广告牌的自适应照明节能爱惜；加油站照明节能与设备爱惜等等。六、现有工作基础.国家对节电降耗工作的日益重视，各项量化指标的相继出台，促成了全民 节能意识。相关法规的建立健全，必将推动节能产业进入的热潮。.国外的先进理论技术逐步引入国内，一些公司生产的产品已经开始在部分 行业内实践应用，为节能产品的研发提供了实践经验和数据。.公司研发小组，有高级工程师7人，初期准备和大专院校、专业工程公司 联合研发。.研发经费初步概算投入300万元。需新购的仪器设备序号名称用途型号规格数量价格（万元）1配电综合测量仪测量CEE-2006552数字相位仪测量ML12B23数字台式多用表测三MS8050134谐波分析仪测量HW