[00125980]基于电压源型换流器的电能质量综合治理装置研发与应用

项目建设背景 近年来,随着电力系统中非线性用电设备,特别是电力电子装置应用的日益广泛,对电网的影响也越来越大,这是由于大多数电力电子装置功率因数较低,工作时基波电流滞后于电网电压,需消耗大量的无功功率（无功功率：建立交变磁场所需要的电功率,这部分电能并不做功）。同时电力电子设备的大量存在,也使得电网谐波电流污染问题日益严重。无功功率和谐波电流的存在会对电网造成较严重的冲击,影响电网的安全,造成供电的污染和电能质量的恶化。 研究的意义和目的 电力技术的发展,使电网逐渐呈现出诸多新特征,如自愈、兼容、集成、优化,而电力市场的变革,又对电网的自动化、信息化水平提出了更高要求,从而使智能电网成为电网发展的必然趋势。广东省已将加快建设智能电网推入进程,作为经济大省,随着经济的持续快速发展和人民生活水平的逐年提高,能源供应形势愈加紧张,为降低运营成本,促进节能减排,电网运行必须更为经济高效,同时须对电网设备进行智能控制,发展智能电网是社会经济发展的必然选择。发展智能电网在客观上要求加快转变电力发展方式,提升电网大范围优化配置能源的能力,提高电网电能质量可以为广东省电网的发展提供重要技术支撑。因而,本项目基于前期大量试验结果的基础上,开展级联式多电平拓扑结构的高压大容量分布式静止无功发生装置、级联型有源电力滤波装置、固定电容-晶闸管控制电抗器型无功补偿、直接电流双闭环控制电能谐波治理、系统智能化快速响应控制策略、柔性配电控制系统等研发,形成适于不同电力系统的电能质量综合治理设备,从而起到电压支撑、无功补偿、电能谐波治理、抑制闪变等关键作用,可使电网功率因数提高到 0.95 以上,为用户节约电费,优化电能质量的同时提高了配电设备容量利用率 20%以上,有效降低了电网（尤其是农网）损耗,极大带动广东省电力系统智能化水平的提升,促进区域智能电网的快速形成。 本项目的创新性体现在：①采用国内首创的无变压器级联式多电平拓扑结构,简化传统电路设计,实现系统的紧凑性结构,具有模块性强、可靠性高、易于扩展等优点; ②融合基于瞬时无功功率理论的零序电流分离法、滑模变结构控制等多项先进控制策略,开发功能强大的智能化主控制系统,大幅提高系统的智能性、控制准确性和反应敏捷性; ③采用固定电容—晶闸管控制电抗器型无功补偿技术,实现了对无功功率的快速动态补偿,克服传统电容器补偿只能补偿无功的单一功能,大大增强系统的无功动态特性; ④运用直接电流双环控制策略,省去了传统 APF 的谐波和无功电流的检测环节,控制简单,易于实现,不易受电流谐波检测精度的影响,此外,采用了级联的拓扑结构,提高了系统等效开关频率,增加了 APF的带宽,易于实现高次电流谐波的补偿; 主要论点与论据：本项目研究的基于电压源型换流器的电能质量综合治理装置研发和应用,其中：1)ZG-dSVG系列静止无功发生装置研发,包括：级联式多电平拓扑结构的高压大容量分布式静止无功发生装置、固定电容-晶闸管控制电抗型的无功补偿等技术研发;2)ZG-dPQC全能型中低压电能质量综合治理装置柔性配电控制系统的研发,包括：一体化光电触发和监控、固定电容-晶闸管控制电抗器型无功补偿（基于瞬时无功功率理论的零序电流分离法、滑模变结构及Delta逆变技术）、直接电流双闭环控制直流侧电压均衡、系统智能化快速响应控制策略的控制模块研发。 主要社会经济效益：实现产品销售收入5300.08万元,利税901.01万元。 项目执行过程中出现的问题： 1)项目开发的各种电能质量治理装置应用到光伏和风力发电厂、变电站、钢厂、水泥厂等。在不同应用场景中面对各种复杂工况,项目开发的产品的适应性和可靠性有待验证。尤其是对于某些企业用户来说,随着企业的发展可能会导致装置应用的工况会更为复杂,企业的电能质量可能会变的更差,在这种条件下项目开发的电能质量治理装置的适应性需要进一步完善。 2)项目各关键技术研究中,针对工业企业的不同工况,选择与其相适应的电能质量治理装置。虽然设备投运初期能够解决企业的电能质量问题,但是设备投运以后没有对企业的电能质量数据进行长期的监控和分析。通过搜集相应的数据或信息,建立相应的工业企业模型,结合国内外大型工业企业的实际状况,对各关键技术研究所需的工业企业模型及数据或信息做出合理修正,建立统一的工业企业模型,从而为企业的电能质量治理提供更优的控制策略和解决方案。 历届获奖情况： 2011非有效接地电网接地保护与智能消弧技术与应用 科技进步一等奖湖北省人民政府 2012新型干法水泥生产线高温分机专用高压变频调速系统 科技进步三等奖广州市人民政府 2015ZG-dSVG高压无功补偿装置的研发 科技进步奖二等奖广州市人民政府