[00143237]秦皇岛港戊己码头供电系统谐波治理

秦皇岛港戊己码头于2002年投入了11台16吨门座式起重机，用于通用杂货的装卸作业，其驱动系统采用国际新型的IGBT能量回馈多传动变频调速驱动系统，工作电压为380V，由一个整流回馈单元和四个逆变器单元组成，可实现电机制动机械能转化为电能回馈给电网，达到节约能源的目的。该设备陆续投入使用后不久即暴露出严重问题：四个变电所全部出现电压互感器爆裂、熔断器熔断现象；供电变压器噪声大、发热明显；并联在同一电网低压母线上的电子汽车衡、计算机、网络无法工作；门机进口电控PLC主板损坏等现象。针对现场实际问题重点开展四个方面的研究工作并取得了创新性技术成果。第一、对门机驱动系统所带来的问题开展调查研究，查明了问题的根源所在。项目组对供电系统进行了全面测试，发现门机变频器启动前主电源的电流、电压波形正常，变频器启动后，电流、电压波形畸变严重,由此断定引起上述问题的原因是谐波问题。进一步测试发现，门机驱动系统引起的谐波成分有很大的特殊性，谐波成分多，2次至49次都存在；偶次谐波表现得相当突出，二次谐波达到50A以上；谐波不稳定、变化极快。由此分析测试得出结论：11台门机设备大功率IGBT能量回馈多传动变频调速系统的集中使用，在电网中产生了大量谐波成分，谐波性质特殊、治理难度非常大。第二、提出了就地分散进行谐波治理措施，制定了科学合理的谐波治理技术方案。进一步对门机驱动系统谐波性质、幅值的测量和对门机供电系统网络参数的分析，结合电网计算软件，综合考虑改善变电所母线电能质量和门机供电线路终端的电能质量，经过对几种方案的对比，制定出科学合理的具有独创的技术方案，很好地解决了难题，由于无源滤波器、变电所母线安装等传统方案不能达到较好效果，所以制定了就地分散安装电力有源滤波器的谐波治理方案。在每台门机变频调速系统进线处安装并联型电力有源滤波器，使滤波器最大限度地靠近谐波源，通过准确快速补偿，直接在谐波源处阻断谐波，抑制谐波注入电网。实践证明这种技术方案是非常正确的。第三、合理提出电力有源滤波器性能指标，解决谐波抑制难题。经过大量的分析设计和现场试验，为满足电网和周围其它设备以及门机本身供电质量的要求，确定了有源滤波器应具备的容量、谐波补偿次数、补偿精度、响应时间等多项性能指标，选用了具有国际先进水平的新型产品PQF系列70安培的IGBT电力有源滤波器，重点解决偶次谐波和高次谐波抑制能力、动态响应速度等问题。滤波器并入变频器调速系统采用了闭环控制的安装方式，通过准确快速的采样和反馈校验进行滤波，动态监测滤波的效果，滤波精度高，达到了很好的效果。通过实时监测电流，将所测量的谐波在高性能的DSP（数字信号处理器）中处理成数字信号，计算分解出电流中的各次谐波成分，利用宽频脉冲PWM技术驱动IGBT功率模块产生和系统中各次谐波大小相等、相位相反的谐波电流注入到电网中。应用DSP数字信号处理技术，对所有的基础电信号包括电压、电流、相角和频率进行准确快速的跟踪采样、格式转换、存储和设定。在40ms内进行500次补偿校验，补偿间隔时间为83μs，补偿精度非常高，在负载多变的系统中具有很强的适应性，极大地满足了需要，同时对极高频谐波也有良好的抑制作用，还具有其它新技术如可视性控制仪、通讯打印接口等。同时滤除2至50次内的15个分量的谐波，奇偶次谐波均有过滤。根据需要方便地进行选择、设定和调校需要滤除的谐波及设定滤波程度目标值，利用滤波器的滤波、无功补偿双选模式，使用滤波器的富余容量同时进行动态无功功率，补偿无级、快捷、平滑，开闭时无瞬变，节约了电能。具有自动检测功能，故障信息；滤波设备故障时，不会产生过载；并有快速保护、IGBT桥阻断、交直流过压过流保护等。滤波器由于具有快速采样和补偿校验以及优良的滤波和控制技术，并于出厂前在其内部设置了更适用于戊己码头门机的硬件和控制程序，针对门机谐波的特性进行滤波，从根本上减少门机谐波影响，达到了最佳效果。第四、实现了电力有源滤波器与门机驱动系统的联动协调控制。通过修改门机PLC可编程控制器程序，改造相应电控线路，将滤波器的启停纳入门机的程序控制中，在变频器上电前自动启用滤波器，避免了变频调速系统启动时产生的谐波对电网电气设备形成冲击。项目完成后，电网质量得到了明显改善，大大减少了电气设备的损坏，延长了设备寿命，保证了戊己码头供电系统的正常运行，出色地解决了因在低压网络集中使用多台大功率IGBT能量回馈变频调速系统而出现的谐波影响电气设备和电网安全运行的问题，在谐波治理领域具有国际先进水平。随着变频器在各行业的广泛应用，谐波问题越来越严重，而且谐波污染问题在变频器的不同应用中呈现出多样性和复杂性趋势。由于谐波污染直接影响到电气设备的安全运行和供电质量，谐波污染治理工作已得到供电和用电企业的高度重视。目前IGBT能量回馈多传动变频调速系统已开始在全球港口及其它行业应用，由于其产生的谐波具有变化快、奇偶次共存、高频谐波明显等特殊性，对设备的破坏力更强，污染电网更为严重，治理难度加大。本项目针对多台门机使用IGBT能量回馈多传动变频调速系统产生谐波的特殊性，从分析问题到解决问题提出了一整套有重要价值的创新性解决方案。采用先进的有源滤波技术，有针对性地开展技术创新，很好地解决了戊己码头出现的这一难题，门机电控板件的损坏数量大为减少，并联在同一电网低压母线上的汽车衡、计算机等得以正常工作，变电所内变压器异响大为减弱，受谐波影响高压系统的谐振现象未再发生。同时，通过净化本地电网，减少了谐波对上一级电网的侵害，达到了一次投入多方长期受益的目的，取得了显著的经济效益和社会效益。项目的成功实施，为在谐波治理领域提供了先进的治理技术和宝贵经验，尤其为使用IGBT能量回馈多传动变频调速系统而面临类似问题的企业提供了切实可行的有效谐波治理技术和方法。由于该成果技术先进成熟，运行可靠，操作方便，滤波效果显著，具有较高的推广价值和广阔的应用前景。