0 引言

流程工業(yè)采用變頻調速技術時必須做到諧波治理與無功功率動態(tài)補償有機的相結合，使電網(wǎng)和設備都長期安全運行。當今大型水廠的節(jié)能降耗，大都采用大功率變頻調速技術，選擇好的符合水工藝流程要求的大功率變頻器，如何科學地應用好變頻器是一個非常重要的課題，節(jié)能降耗、諧波治理與無功功率動態(tài)補償要有機的相結合，要同步設計，既要節(jié)能降耗，又要安全運行。

1 變頻器本身要徹底抑制諧波

實踐告訴我們，變頻器就是一個諧波源，什么“無諧波”，是一種美化了的神話。高次諧波危害極大，所以水廠設計之初就要將無功補償和高次諧波治理綜合考慮，無功功率補償?shù)饺珡S的綜合的功率因數(shù)達到0.90 以上，已被我們所認識，但對認識諧波治理的重要性還遠遠不夠。如我們設計的北京第九水廠，6 臺調速水泵機組都在運轉。試運行后，我們邀請北京電力科學院做了多次諧波電流的測試工作。發(fā)現(xiàn)其高次諧波非常豐富，不僅偶次諧波超標，奇次諧波更是超標。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。中國榮信公司在電網(wǎng)側采用隔離移相變壓器，構成多級移相疊加的整流方式，實現(xiàn)幾十到一百的脈沖整流效果，這種多重化結構設計，可大大改善電網(wǎng)側的電流波形，無需任何無功功率補償及諧波抑制裝置就可滿足供電部門對負載網(wǎng)側電能質量的要求，功率因數(shù)高達0.95 以上。由于變壓器二次側繞組的獨立性，使變頻功率單元的主回路也相對獨立，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)生轉矩脈動，變頻器的效率高于0.97以上。就是不采用變頻調速的給排水工程，也要綜合考慮諧波抑制和無功功率補償?shù)膯栴}。榮信公司的SVC 裝置，具有多項國際專利技術，是綜合考慮諧波抑制和無功功率動態(tài)補償?shù)淖罴堰x擇方案之一。

2 中國榮信公司SVC 無功功率動態(tài)補償

裝置的作用簡介

中國榮信公司SVC 系統(tǒng)由控制柜、脈沖柜和功率單元三部分組成。控制柜的作用是通過采集系統(tǒng)信號經(jīng)內部計算處理后發(fā)出觸發(fā)脈沖，同時檢測晶閘管擊穿、觸發(fā)脈沖丟失和TCR 過流等。脈沖柜是將觸發(fā)脈沖轉變?yōu)榉弦蟮拿}沖信號，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，控制晶閘管的通斷，使電抗器產(chǎn)生補償所需的電流。如圖1 所示。

SVC 監(jiān)控系統(tǒng)可以方便、直觀的查看SVC 設備的運行參數(shù)、曲線、歷史記錄、故障記錄等，支持網(wǎng)絡傳輸和遠程監(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，補償電抗器通過的電流決定了補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)，則能實現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動，關鍵是準確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到所需的流過補償電抗器的電流，晶閘管變流裝置和控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)這個功能，采用母線的無功電流值和電壓值，合成無功值，和所設定的恒無功值(可能是0)進行比較，計算出觸發(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。

對于不對稱負荷，利用steinmets理論實現(xiàn)分相調節(jié)，消除負序電流，平衡三相電網(wǎng)。榮信公司是國內SVC最大的生產(chǎn)基地，國內市場占有率超過50%，超過了ABB 和西門子的占有量，現(xiàn)有600 多套裝置在正常運轉，還出口越南、泰國、緬甸、土耳其、尼日利亞、蘇丹等國家，并為意大利等國際型工程總包公司提供SVC分包業(yè)務。

3 選擇和應用大功率變頻器的幾個關健要素

從七個關鍵要素中去評選綠色環(huán)保型的功能安全的能在網(wǎng)絡上實現(xiàn)遠程的監(jiān)控和實時的遠程診斷的變頻器裝置。

3.1 選擇高性能IGBT模塊功率器件構建雙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發(fā)展的最主要的核心物質基礎。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，采用多重化脈寬調制技術，對每個功率單元進行多重化疊加，可得到階梯的正弦PWM波形;采用美國著名的德馬考爾(Thermacore)公司的超導熱管冷卻專利技術，徹底解決了IGBT等功率器件散熱的熱島效應問題，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，對電機和電纜的絕緣無損害，無需另加濾波器，對輸出的電纜長度無特殊要求，可直接用于普通電機，能有效消除負載電機的轉矩脈動和機械軸承的振動。

雙PWM綠色變頻主電路拓撲結抅，將是新型大功率變頻調速技術發(fā)展的主要趨勢。不僅逆變部分采用最新的自關斷器件，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，實現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋，保證變頻器能四象限運行;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，對消除機械和電磁噪音是最佳的方法。隨著功率和頻率的增加，PWM 的開關損耗也會增加，所以在大功率和高頻化方面還有大量技術要研究和突破。我們可以采用虛擬技術和嵌入式技術，隨著微處理技術迅速發(fā)展，利用諧波技術，硬開關變軟開關，采用標準化的PWM 模式，來解決開關損耗問題。優(yōu)化的PWM 模式，即三次諧波疊加法和電壓空間矢量PWM 法，這兩種方法具有計算簡單、實時控制容易、動態(tài)響應速度快、控制精度高、準確度高的全數(shù)字化和網(wǎng)絡化的特點。

PWM控制技術現(xiàn)在正處在不斷完善，不斷創(chuàng)新的大好階段，將進一步推動更多更好的綠色環(huán)保型變頻器的創(chuàng)新。自上世紀70 年代到現(xiàn)在，隨著微電子技術的迅猛發(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場效應晶體管，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)復合器件管、光控IGBT管及超導功率器件管等在不斷的閃亮登場。

3.2 選擇高質量長壽命的濾波電容是變頻器長

期穩(wěn)定運行的根本保證當今變頻器大都要配置電容，為了打價格戰(zhàn)，大多選用電解電容。無數(shù)實踐告訴我們，這種電解電容耐壓低，要多個串聯(lián)，其均壓問題不好解決，致使電容發(fā)熱嚴重，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，變頻器的維護重點就是電解電容，運行維護價格很高，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20~30年，是變頻器長期穩(wěn)定運行的根本保證。上海柯達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)絡化

變頻調控系統(tǒng)包含多學科的技術領域，是一個快速監(jiān)控的系統(tǒng)，需要存儲和處理大量的多種數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡上要快速實時的處理，傳遞大量的信息。水泵機組配套的變頻器是一個執(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雜、工作環(huán)境不好、并且要不斷接受指令變速運行的狀況中。泵站和凈化處理廠相距遙遠，加上無人值守，長期高負荷運轉，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)絡化，才能在網(wǎng)絡上進行快速的工作、診斷和維修。榮信公司采用高速單片機控制器或DSP 控制器與MMI 一體化工作站和PLC 共同構成，可以實現(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、故障診斷、打印、存儲、查閱、進行邏輯處理、運行控制、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)遠程監(jiān)控支持

系統(tǒng)

全球任何一個用戶，只要能上互聯(lián)網(wǎng)絡或寬帶網(wǎng)絡，就能隨時將中壓變頻器的運行狀態(tài)和運行參數(shù)傳回地處鞍山市的榮信公司的全球遠程監(jiān)控中心室，可得到榮信公司專職維護工程師的24 h的技術支持和運行監(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)定運行。榮信公司研制的遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件技術，打造國內外獨一無二的網(wǎng)絡化的品牌服務。

3.5 創(chuàng)建了國內唯一的中壓變頻全載試驗檢測中心

國內，絕大多數(shù)中壓變頻生產(chǎn)廠家不具備這樣的全負載檢測實力，產(chǎn)品出廠前做不了全載的考核，只有榮信公司才能進行耐中壓全負載試驗檢驗，這是中壓變頻器質量保證的基石。

3.6 變頻器整機全部經(jīng)過嚴格的高低溫老化考核

榮信公司遵循ISO9001 質量體系的標準對每一個元器件都要進行嚴格的篩選，全部組裝完成后，再進行整機的高低溫老化考核，確保產(chǎn)品的優(yōu)良品質。[!--empirenews.page--]

3.7 變頻器采用雙峰焊生產(chǎn)線和自動貼片生產(chǎn)線

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

4 榮信公司變頻器(HVC)和(SVC)的典型業(yè)績

4.1 榮信公司變頻器的典型業(yè)績

榮信公司最近幾個月的業(yè)績如表1所列。

撫順自來水廠擴建實例如下。

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

2 號泵房水泵設備：300 kW、300 kW、220 kW，額定電壓均為10 kV;

兩個泵房高壓水泵采用變頻調速，現(xiàn)采用遼寧榮信公司RHVC-A10/600-F 進行一拖三方案，恒壓供水，定時調節(jié)的控制方式，可以使設備長期工作在經(jīng)濟運行模式下，有針對性地管對網(wǎng)壓力實時調節(jié)，保證供水壓力恒定，完全避免水泵工頻起停時對設備及管路的沖擊的水錘效應, 節(jié)能效果更加顯著。針對大泵房負載情況的系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

4.2 榮信公司SVC的典型業(yè)績

榮信電力電子股份有限公司是中國最大的靜止型動態(tài)無功補償裝置(SVC)制造商，也是中國最多的SVC 專利技術擁有者，專業(yè)研制開發(fā)并向國內外用戶提供TCR 及TSC 型SVC 產(chǎn)品，擁有國內唯一的SVC 專用高壓全載試驗檢測中心，擁有高效熱管自冷、晶閘管串聯(lián)及全數(shù)字控制等先進技術。集中了國內外經(jīng)驗豐富的專業(yè)工程技術人員，產(chǎn)品性能價格比明顯優(yōu)于同類進口產(chǎn)品，已廣泛應用于寶鋼、鞍鋼、首鋼、武鋼、沙鋼等國內七十余家鋼鐵企業(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局、哈密礦務局、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，遙遙領先于國內同行業(yè)。是中國SVC 設計及安裝容量最多的基地，榮信SVC 是中國唯一通過ISO9001專業(yè)認證的SVC。

榮信SVC 被國家計委列為國家高技術產(chǎn)業(yè)化示范工程，被國家經(jīng)貿(mào)委列為國家重大技術裝備國產(chǎn)化創(chuàng)新研制專項，被國家科技部列為國家級重點新產(chǎn)品，被國家外國專家局列為引進國外技術及專家重點項目，得到總理基金的特別支持。

實例一最近榮信股份中標巴西CSN 公司UPV 鋼廠長材工程34.5kV 及13.8kV 高壓無功補償兼濾波裝置FC。

巴西CSN公司UPV 鋼廠長材工程，設有1臺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，另設有2 臺138/13.8 kV37.5 MVA 變壓器及1 套13.8 kV 配電裝置為煉鋼、連鑄、高速線材軋機供電。

為了消除諧波對電網(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)電能質量，最大限度地節(jié)約成本，巴西CSN公司提出了對設備進行改造的具體要求是保證整體設備運行穩(wěn)定可靠，確保整個設備控制功能的完整性、可靠性、準確性，而且設計與設備應具有當今國際先進水平。

榮信股份一直以來都嚴格按照國際標準的要求設計生產(chǎn)各類產(chǎn)品，在世界同行業(yè)中擁有良好的口碑，且技術全面，設備齊全，設計合理，服務周到，所以巴西CSN 公司委托榮信股份進行該項目的設計實施。

該項目電壓等級為34.5kV、13.8kV，其中34.5kV一套，共有H2、H3、H4、H5四個濾波通道;13.8 kV 一套共有H3、H5、H7 三個濾波通道;13.8 kV 一套并聯(lián)補償。

實例二山東泰山鋼鐵集團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1臺。車間年產(chǎn)不銹鋼板坯62萬t、普碳鋼板坯20.7萬t。

因其負荷性質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，諧波電流流入系統(tǒng)發(fā)熱，設備運行可靠性降低，功率因數(shù)低，從而加大了生產(chǎn)成本。為了解決以上問題，山東泰山鋼鐵集團有限公司通過招投標選用榮信公司生產(chǎn)的SVC。該工程額定電壓為35kV，TCR容量為85Mvar，是不平衡負荷。

經(jīng)過精心設計和制造，該工程于2008 年順利投運，并取得了成功。投運測試結果表明，電壓畸變滿足國家標準，功率因數(shù)在0.95 以上，注入系統(tǒng)的諧波電流滿足國家標準，改善電網(wǎng)質量，抑制電壓波動，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。

實例三中信重機廠110 kV 變電所，為了消除高次諧波、無功沖擊、電壓波動和閃變對電網(wǎng)的影響，達到平衡系統(tǒng)無功、提高系統(tǒng)功率因數(shù)、改善電能質量、穩(wěn)定電網(wǎng)以及節(jié)能降耗、降低運行成本等目的，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量問題，做到了冷卻系統(tǒng)免維護，也獲得了用戶的一致好評和充分信任。