平煤股份六矿低压电网谐波治理

平煤股份六矿低压电网谐波治理研究与实施方案论证材料平顶山煤业集团技术中心平煤股份六矿二零零九年十月目录一、立项背景二、项目的主要研究内容三、社会效益与经济效益分析四、推广前景五、承担单位概况六、进度安排七、费用概算一、立项背景1、项目研发的目的及意义本项目是平顶山煤业集团技术中心为全面深入贯彻落实科学发展观，遵照国家节能减排的法律法规和相关政策，充分满足我国煤炭企业电网普遍存在的谐波问题迫切需要解决而决策实施的项目。项目的合作单位是平煤股份六矿。随着工业经济的迅猛发展，供电系统非线性负荷的大量增加，对电网造成的干扰愈加严重和复杂，导致电网供电质量下降。目前电力系统谐波污染与功率因数降低、电磁干扰已并列为电力系统的三大公害。谐波研究的意义，更可以上升到从治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。对电力系统这个环境来说，无谐波就是“绿色”的主要标志之一。在电力电子技术领域，要求实施“绿色电力电子”的呼声也日益高涨。目前，对地球环境的保护已成为全人类的共识。对电力系统谐波的治理也已成为电工科学技术界所必须解决的问题。1.1无功功率补偿煤炭企业中存在大量的感性电力负荷，自然功率因数较低，如不补偿，提高系统功率因数，将造成如下不良影响：（1）降低发电机的输出功率，当发电机需提高功率无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。（2）降低了变电、输电设施的供电能力。（3）使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值的平方成正比），如电机、变压器、电力电缆等。（4）功率因数愈低线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化。可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对本企业的经济运行有着重大意义。企业在考虑提高功率因数时，应采用自动无功补偿装置，以提高电力系统的功率因数，改善供电质量。无功补偿电容器具有投资省，有功功率损耗小，结构简单紧凑，运行维护方便，故障范围小等优点，故在钢铁企业供配电系统得到广泛应用。确定无功功率的补偿方案，除应作技术经济比较外，还应考虑下列因素：（1）减少供配电系统中的电压降；（2）无功功率减少后增加网络元件供电能力裕量。1.2电网谐波谐波主要由谐波电流源产生：当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类：①含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；②含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器、发电机组及铁磁谐振设备等。工业企业供电系统中的高次谐波除来自外部电源，主要产生于企业自身非线性负荷用电设备，如大容量整流装置、电弧炉等。我国工业企业也越来越多的使用产生谐波的电气设备，例如晶闸管电路供电的直流提升机、变频装置、轧钢机直流传动装置、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。严重的谐波污染对供配电系统的电能质量造成了极大的危害，如：电流和电压波形畸变；电压波动及闪变加剧；功率因数降低；供、配、用电设备发热严重，电网供电能力（容量）下降，用电设备的利用率降低；线路和变压器损耗增加并加速老化；电子设备及控制系统受干扰而无法正常工作，继电器误动作；传统的无功功率补偿装置损坏加剧，运行费用增加等等。因此，对非线性负载产生的谐波进行治理已成为迫切需要。2、项目研究目标本项目研制开发的滤波器的设计满足国家颁布的谐波管理规定，即流向上级系统的各次谐波电流和系统的电压总谐波畸变率不能超过国家规定的限值。一般设计要求系统谐波阻抗为感性，使滤波器与系统（包括其它元件）发生电流谐振的可能性不存在。滤波器宜装设在总降变电所主变压器二次侧，这样可实现集中滤波和无功补偿的目的，以提高滤波和补偿效果，减少投资，方便管理。当负荷装置容量较大，宜分别接在不同主变压器的低压侧母线上，并各自设置相应的滤波器，这样设计比较合理，运行经济。滤波器设计还应考虑背景谐波的影响。2.1治理目标电压谐波达到国家标准限值要求；电流谐波基本达到国家标准限值要求；关口功率因数0.90以上。2.2设计依据就地交换滤波，改善供电系统的谐波问题.使电流谐波达到国家标准限值要求.通过吸收引进先进的技术，研制能够有效治理电网谐波的治理系统，能较好地解决煤矿电网谐波和功率因数过低等普遍存在的严重问题。该新型装置的研发、推广和应用，必将为我国煤炭行业的节能减排、效益提高做出巨大贡献。二、项目的主要研究内容该项目主要研究开发的滤波器自动控制装置（器）技术采用“电压谐波无功自动控制装置”的控制软件，其控制子程序引入了模糊数学控制理论，在控制边界上进行了自适应模糊数学处理，使得RTAL无源滤波装置（兼无功补偿）在煤炭企业和多谐波源点企业的实际使用中，具有良好的无功负荷跟随性能和滤波自适应性能，这对提高RTAL装置在自动控制方面的技术性能、保证使用单位的无功补偿效益和滤波效果起到了关键性的作用。快速跟踪补偿：快速跟踪系统无功变化，实时动态响应投切，装置总动态响应时间≤30ms。（20ms内实现信号数据的采集、计算和控制输出；10ms内实现L-C滤波器组投切响应）。本自动控制装置（器）设计为相对独立的控制、监测两个功能模块：控制部分的控制程序引入了最先进的模糊数学控制理论，在控制边界上进行了自适应模糊数学处理，具有良好的滤波自适应性能。为保证滤波补偿装置的整体滤波效果，本控制程序设计有按顺序投切功能。采样监测部分采用前馈式信号采集，以负载的实时无功功率为投切物理量，应用瞬时无功控制理论及网压支持算法，在20ms内完成信号数据采集、计算、及控制输出。实时智能监测系统可实时采集电网电压、电流、有功、无功、频率、谐波等各项参数的变化；采用高速信号处理器DSP作为CPU，运算速度可达2000万/秒，采用16位AD，可实现高速同步采样，采集三相电压、电流信号，采样频率3.2KHZ，采用快速FFT（傅立叶变换）算法实现各项参数的精确检测计算。可存储整点数据、各种事件记录60天。投切开关采用晶闸管开关：采用先进的大功率晶闸管电流过零点投切技术，在10ms内完成投切，实现零电流投入零电流切除，确保无涌流，无冲击，同时配置智能型微机数字驱动、保护模块。使运行更加稳定、安全、可靠。三、社会效益和经济效益分析该项目主要针对我矿低压供电系统谐波的现状进行分析研究，制定出治理方案，然后具体实施。供电质量包括系统电压、频率的合格率，峰值、超限电压持续时间、停电时间，以及电网谐波含量等诸多方面。其中，谐波问题一直是主要的电能质量问题。谐波存在于电力系统输、配、供、用的各个环节。该项目主要针对我矿低压供电系统谐波的现状进行分析研究，然后根据现状制定出治理方案，然后具体实施。针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。该项目不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长用户设备使用寿命，提高产品质量，降低电磁污染环境，减少能耗，提高电能利用率。可以大大提高低压供电系统供电质量，和提高安全供电。四、推广应用前景目前针对低压供电系统的谐波治理的装置很少，所以，该项目主要针对我矿低压供电系统谐波治理进行研究和实施。该项目不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长用户设备使用寿命，提高产品质量，降低电磁污染环境，减少能耗，提高电能利用率。可以大大提高低压供电系统供电质量和提高安全供电。该项目对供电系统的安全稳定运行具有很大意义，具有很大的推广前景。五、承担单位概况承担单位：平煤技术中心平煤集团技术中心是经国家经贸委、国家税务总局、海关总署认定的国家级企业技术中心，技术中心现有职工55人，其中高级工程师15人，工程师13人。其主要任务是：集团公司技术创新的组织者与参与者，同时有负担着全公司科技工作的管理职能。他旨在把市场和技术有机地结合起来，在集团公司内部把市场、科研开发、生产、销售紧密结合起来，为集团公司中长期发展、关键性重大科技研究等重大问题提供技术支持和决策咨询，为集团公司的产品、产业结构调整服务，同时大力开展有市场需求的新技术、新产品、新材料、新工艺的开发及转化应用。平煤股份六矿情况介绍：六、进度安排1、项目总体设计方案、技术标准已编制完成。根据总体设计方案，从2010年元月中旬开始，先对对整个供电系统谐波含量现状进行测量分析，计划于2009年3月初完成现状分析，并送有关部门进行研究讨论。2010年3月至4月制定具体治理方案。2、从2010年3月中旬开始到2010年4月中旬，制定具体治理方案。3、从2010年5月至9月具体实施，期间还需要实时对电网谐波进行监测分析，并不断改进方案。4、2010年9月重新对电网谐波含量治理效果进行测量分析总结。七、费用概算项目概算科研投入资金共计105万元，其中，科研费用40万元，配套资金65万元；一、科研费明细：40万元（含单位自筹科研补助资金）1、论证、验收费：4万元；2、调研费：6万元；3、研究费：20万元；4、协作开发费：5万元；5、系统调试费：5万元；二、配套资金明细1、设备费：55万元2、工程及材料费：10万元平顶山煤业集团技术中心平煤股份六矿二零零九年十月十八日