某炭素厂配电系统谐波治理节能改造方案

某炭素厂配电系统谐波治理节能改造方案内容摘要：

，装置仍可运行，无需断开等。 由以上可看出，它克服了传统的无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，因而有很大的发展前途。 2. (SAHF)有源电力滤波器系统结构 (SAHF)有源电力滤波器系统结构如图 l所示。 (SAHF)有源电力滤波器的基本工作原理是：实时检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大产生补偿电流，补偿电流与 负载电流中需用补偿的谐渡及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。 在图 1中的体现是，当需要补偿负载所产生的谐波电流时，有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流 iL中的谐波分量 iLb后，将其反极性 作为补偿电流的指令信号 iC*，再由补偿电流发生电路产生补偿电流 ic，其中补偿电流 ic 与负载电流中谐波分量 iLh大小相等，方向相反，因而两者相互抵消，使得电源中电流中只含基波，达到消除电源电流中谐波的目的。 图 1为有源滤波器的系统框图。 通过 传感器检测非线性负载的电流 iLa、 iLb、 iLc经电流信号调理后送入指令电流产生电路，指令电流产生模块是由 TI 公司的 DSP TMS320LF2407为核心建立的。 DSP计算出需要补偿的谐波和无功电流后，通过外部 D／ A送入电流跟踪控制电路。 霍尔传感器检测有源电力滤波器主电路的电流 ica、 icb、 icc，经电流信号调理后也送入电流跟踪控制电路，电流跟踪控制电路对主电路补偿电流与指令电流进行滞环比较后送出栅极开关驱动信号，驱动电路接受来自前级电流跟踪控制电路的 PWM信号，并经隔离放大后驱动主电路的开关管，以控制主电流的电路跟随指令电流的变化，最终达到实时补偿谐波与无功功率的目的。 电压传感器检测变流器直流侧总电压，经 电压信号调理后送入指令电流发生电路，通过合理的控制以凋节直流侧电压的稳定。 启动、关断和保护模块按一定的时序控制装置的启动和关断，并提供装置的过流、过压、过热、缺相等故障保护功能。 3. 有源电力滤波器主电路设计 有源电力滤波器主电路的形式绝大多数采用电压型， (SAHF)有源滤波器 选择主电路为并联电压型、单个变流器的形式。 (SAHF)有源滤波器 主电路设计需要解决的问题是：主电路容量的计算；开关器件的选择及其参数的确定；对补偿电流的跟踪特性起决定作用的参数 (输出电感 L、直流侧电容电压 Ud、滞环宽度 δ) 的设计；按所选器件要求的驱动电路的设计以及整个装置的各种保护电路设计。 (1 )主电路容量的计算 有源电力滤波器的容量 SA 由式 (1)确定 式中： E为电网相电压有效值； Lc为补偿电流有效值。 如果所设计装置的容量为 15 kVA，则 Ic=SA/3E=15x103/3x220=22． 7 A (2 ) 功率开关器件的选取 (SAHF)有源滤波器 选取 适用于 APFP中的全控型开关器件主要有 GTR、 IGBT、 IGCT等，器件。 (3 )主电路滞环宽度的选取 有源电力滤波器的指令电流包含高次谐波和暂态电流， 实际输出的电流对指令电流有很高的跟踪能力。 下面以 A相为例，分析采用滞环控制时逆变器的工作频率 f与电网电压 ea、变流 器直流侧电压 Ud及主电路电感值和滞环宽度 δ 间的相互关系。 对于 A相半桥逆变电路，可得电路方程为 式 (6)为正，即电感电流在上升。 设 UC1=UC2=Ud/2，假定逆变器的工作开关频率较高，在一个开关周期内可认为电压 ea基本不变，则滞环控制时补偿电流的波形如图 2所示，其中 δ 为滞环宽度。 由图 2，以及式 (4)和式 (6)，可分别计算出电流的上升时间 Tu和下降时间 Td，即 由式 (9)知，逆变器的最小工作频率和最大工作频率分别为 取电流滞环宽度 δ 为 1． 2A，直流侧电压 Ud为 l000V，主电路电感 L为 5mH，则由上述公式可得：最小开关频率为 12． 767 kHz，最大开关频率为 20． 833kHz，平均开关频率 16． 8 kHz。 (4 )直流侧电压的计算和电容的选取 主电路的工作模式及相应的开关系数，如表 1所列，等效电路图如图 3所示。 当 Ka=1/3时，电流 ica上升，即要求 如果直流侧电压不能满足大于有源电力滤波器与供电系统连接点的相电压峰伉 (Em)的 3倍，即 同理，当 Ka=1／ 3时，电流 ica下降，即要求 也不会永远成立。 所以直流侧电压应满足如下条件，即 意味着主电路直流侧电压值应大于有源电力滤波器与供电系统连接点的相电压峰值 (Em)的 3倍。 在此基础上，直流侧电压 值越大，补偿电流的跟随性能越好，但器件的耐压要求也就越高，因此 (SAHF)有源电力滤波器 的设计是 综合考虑 的。 由式 (15)，得 由此 选取直流侧参考电压 Udref为 1000V。 在某一 PwM周期内电容始终处于充电或放电状态，直流侧电容电压最大允许偏离设定值为 △Udmax ，则 (5 ).输出电感值的选取 有源滤波器的补偿特性丰要取决于输出补偿电流对于补偿指令电流的跟踪控制能力。 而输出电感值直接决定了补偿电流的跟踪速度，从而很大程度地影响电力有源滤波器的工作性能。 电感值过大，则系统不能适时跟踪指令电流信号，而且电感值的增大也会造成设备成本的增加；反之。 如果太小，则补偿后 的纹波电流过大。 (SAHF)有源电力滤波器 设计时 合理选择主电路交流侧输出电感值。 (6)电感的最大取值 由主电路的模型，对于 A相有 式 (23)中，对于不同的谐波源和不同的补偿要求，指令电流 ica*是不同的，其最大电流变化率与补偿参考电流的具体表达形式密切相关。 其经验公式为 (7).电感的最小取值 如果电感取值太小，则会使补偿电流的纹波过大，影响有源电力滤波器的补偿效果。 因此，电感的最小值主要由主电路开关器件所产牛的纹波 决定，电感的作用是将其在补偿电流上产生 的纹波限定在一定范围内。 有源电力滤波器的实际输出电流偏离指令电流的最大允许值为△imax ， (SAHF)有源电力滤波器以根据式 (23)和式 (29)， 并结合实际情况对交流侧电感值进行选取和调整，从而选择合适的电感值。 4.(SAHF)有源滤波装置的应用 (SAHF)有源滤波装置并联于系统电网中，通过实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功电流，快速产生与其大小相等，方向相反的补偿电流 IF并注入系统，达到滤除谐波并改善功率因数的目的。 是 用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。 和传统的无源滤波器相比，有突出的优点。 (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制，且可提高功率因数； (2)系统阻抗和频率发生波动 时，不会影响补偿效果。 并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响； (3)不会产生谐振现象，且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化； (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿； (5)不存在过载问题，即当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开等 ,具有良好的调节性能。 萨梅特 (SAHF)有源滤波装置优点：  无需现场检测数据，即装即用  适合快速变动的负载情况，以及其他无源滤波无法治理的场合；在特殊情况下还可作为性能优异的动态无功补偿装置（使功率因数稳定 在设定值，而不是像常规的动态或静态无功补偿，只是将功率因数控制在一定范围内变动）  与其他进口同类产品比较，性能更加优越，更加集成化，具有价格竞争优势，性价比高 性能及参数：  取样电流 A： 0～ 5A（ CT二次电流）  单次电流谐波限值：≤ 2%  温升：电感≤ 40K；模块≤ 20K；高频滤波器≤ 5K  总电流谐波畸变率限值：≤ 4%THD  单模块电流峰值限制：≥ 84A  动态响应：≤ 20ms  防护等级： IP20  噪音：≤ 30dB  自动限流，不发生过载  保证不与系统发生谐振  可根据需要设置为：只补偿谐波、只补偿无功、同时补偿谐 波和无功  采用智能型 IGBT模块，内置保护有：短路、过流、过热、驱动欠压、直流母线过压，可靠性极高  执行 IEEE519标准（国际标准）、 GB/T145993和 GB/Z 柜体规格：单柜宽度 1000mmX深度 800mmX高度 2260mm， (注明。 也可根据现场需要订制 ) 六 、 无源滤波、有源滤波及与其他进口品牌的比较： 1．性能比较： 项目 无源 (SAHF)有源 谐波滤除率 5060% 〉 95% 滤波次数 固定 2到 41次 体积 大 小 容量扩展 不能 方便 负载特性的适应性 弱 强 现场实测数据 需要 不需要 维修 麻烦 模块化 热拔插方便 噪音 55DB 55DB 项目达标率 80% 100% 动态响应 5 s 20ms 自动限流 无 有 系统谐振 容易产生 不发生 功率因数稳定度 波动大 稳定在设定值 降低线损 10% 10% 运行模式 滤波 +无功 可设置为只补偿谐波、只补偿无 功或同时补偿谐波和无功 保护 过流、雷击 过流（两级）、雷击、过压（两级）、驱动欠压、轻载封闭、过热（三级）、模块故障报 警、适中保护 2． 与其他进口品牌的比较： 萨梅特有源滤波装置与国外其他知名品牌比较，性能指标基本完全一致，在某些方面甚至更加优越： （ 1）萨梅特低压电力有源滤滤装置采用模块化设计，每个模块完全独立，单模块故障不影响其他模块的正常工作，维修更方便。 由于支持热拔插，直接拔出损坏的模块，插上新的模块即可，前后只需几秒钟时间。 维修成本也更低，只收取单模块的成本即可。 某些牌由于采用单柜大电流的形式，维修需要更换功率大得多的功率器件，还需寻找故障点，所以维修相当麻烦，费用也高得多。 （ 2）萨梅特低电压 力有源滤波装置保护功能非常强大：其中过流保护采用两级保护，第一级峰值限流，模块仍正常工作，第二级为 RMS过流，模块自动关断，并可自动恢复。 直流过压保护采用两级保护，第一级过压正常运行，并自动快速降低直流电压，第二级过压自动关断，并可自动恢复。 过热采用了一级保护，第一级 50℃ 启动散热器风机降温，第二级 70℃ 启动内部风道降温，第三级在 100℃模块自动关断。 模块正常工作于额定电流及以下时，温度不会超过 60℃，并且温度在 100℃以下时模块仍可正常工作（所有器件均为工业器件，耐温为 105℃），大大降低了热损坏的概率。 功率模块损坏的原因主要有热损坏和防止措施不当，我们的防止措施是：功率器件的散热器风道在模块后部并完全外露，散热器的平面部分直接作为模块的后部封板，风道外露的好处是空气不进入模块内部进行循环，粉尘也不会进入模块内部。 而散热器直接接触外部空气，散热效果也大大提高，同时也大大减少了功率模块和损坏率。 国外某些知名品牌的做法是靠柜体整体向外排风，所有功率器直接接触流动的空气，所以防尘效果差些，如果要增加防尘效果，需要在进风口设置滤网，并且要定期清洗，才能不影响散热效果。 七、工程概要 碳素厂谐 波治理工程施工细则的确立 碳素厂谐波治理工程施工细则是谐波治理工程安装施工所做的详细方案说明。 碳素厂 谐波治理工程在合同签定以后，我方技术人员根据实际现场测得的数据以及 碳素厂 方面的技术人员提供的现场平面图和技术要求，编制出详细的施工细则。 此细则中，“ 碳素厂 谐波治理工程规划 ” 是安排施工准备和组织工程施工的全面性技术、经济文件，是指导工程施工的法规，是保证按期、优质、低耗地完成此次安装工程施工的重要措施。 施工方案则是围绕工程特点对施工中的主要工序，在施工方法、时间配合和空间布置等方面进行合理安排，以保证施工 作业的正常进行。 碳素厂 谐波治理工程施工前期工作 碳素厂 谐波治理工程合同签定后，我方着手准备下列工作： 1）选择和确定施工技术方案，包括施工顺序安排、施工组织确定、施工方法选择等。 2）计算工程量、编制施工进度计划。 3）编制技术、物资供应计划，它包括劳动力需要量计划的编制，施工机具需要量计划的编制，设备进场计划和材料、零配件供应计划的编制等。 4）现场施工条件的考察、编制施工准备工作计划。 5）施工平面图的设计。 在以上所列的工作中，专业技术指导人员由我方派任， 碳素厂 协助， 碳素厂 方面 的技术人员比我方更加了解实际现场工况；第 1至 5项工作主要由我方完成， 碳素厂 方面需配合我方进行， 对我们的工作给予应有的帮助，以确保施工的顺利完成。 在合同签定以后，我方将具体施工技术方案提交 中国铝业广西分公司相。