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荣信公司HVC和SVC装置的几个特点

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陈运珍
（北京市市政工程设计研究总院， 北京100045）
0 引言
流程工业采用变频调速技术时必须做到谐波
治理与无功功率动态补偿有机的相结合，使电网
和设备都长期安全运行。
当今大型水厂的节能降耗，大都采用大功率
变频调速技术，选择好的符合水工艺流程要求的
大功率变频器，如何科学地应用好变频器是一个
非常重要的课题，节能降耗、谐波治理与无功功率
动态补偿要有机的相结合，要同步设计，既要节能
降耗，又要安全运行。
1 变频器本身要彻底抑制谐波
实践告诉我们，变频器就是一个谐波源，什么
“无谐波”，是一种美化了的神话。高次谐波危害极
大，所以水厂设计之初就要将无功补偿和高次谐
波治理综合考虑，无功功率补偿到全厂的综合的
功率因数达到0.90 以上，已被我们所认识，但对
认识谐波治理的重要性还远远不够。如我们设计
的北京第九水厂，6 台调速水泵机组都在运转。试
运行后，我们邀请北京电力科学院做了多次谐波
电流的测试工作。发现其高次谐波非常丰富，不仅
偶次谐波超标，奇次谐波更是超标。不但产生特征
谐波电流，而非特征谐波电流也很大。
谐波抑制的方法有几种：一种是增加变频器
整流的相数，相数越多，主要的高次谐波就越小；
一种是在变频器的输入和输出侧安装滤波器，LC
无源滤波器目前还有采用，但采用有源电力滤波
器是主要趋势。中国荣信公司在电网侧采用隔离
移相变压器，构成多级移相叠加的整流方式，实现几十到一百的脉冲整流效果，这种多重化结构设
计，可大大改善电网侧的电流波形，无需任何无功
功率补偿及谐波抑制装置就可满足供电部门对负
载网侧电能质量的要求，功率因数高达0.95 以
上。由于变压器二次侧绕组的独立性，使变频功率
单元的主回路也相对独立，非常安全可靠，既不增
加噪音又不使功率单元电路发热，还不产生转矩
脉动，变频器的效率高于0.97以上。
就是不采用变频调速的给排水工程，也要综
合考虑谐波抑制和无功功率补偿的问题。荣信公
司的SVC 装置，具有多项国际专利技术，是综合
考虑谐波抑制和无功功率动态补偿的最佳选择方
案之一。
2 中国荣信公司SVC 无功功率动态补偿
装置的作用简介
中国荣信公司SVC 系统由控制柜、脉冲柜和
功率单元三部分组成。控制柜的作用是通过采集
系统信号经内部计算处理后发出触发脉冲，同时
检测晶闸管击穿、触发脉冲丢失和TCR 过流等。
脉冲柜是将触发脉冲转变为符合要求的脉冲信
号，触发晶闸管。功率单元是由晶闸管、阻容吸收、
热管散热器、脉冲变压器、BOD板和击穿检测板六
部分组成。SVC系统串入电抗器回路，通过接收脉
冲柜发出的脉冲信号，控制晶闸管的通断，使电抗
器产生补偿所需的电流。如图1 所示。
SVC 监控系统可以方便、直观的查看SVC 设
备的运行参数、曲线、历史记录、故障记录等，支持
网络传输和远程监控。SVC 原理如图2所示。
SVC 如图2 所示接入系统中，电容器提供固
定的容性无功QC，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功Qtcr 的大小，感性无功和
容性无功相抵消，只要能做到系统无功Qn=Qv（系
统所需）-Qc+Qtcr=常数（或0），则能实现电网功率
因数=常数，电压几乎不波动，关键是准确控制晶
闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电
流，晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功
能，采用母线的无功电流值和电压值，合成无功
值，和所设定的恒无功值（可能是0）进行比较，计
算出触发角的大小，通过晶闸管触发装置，使晶闸
管流过所需电流。

对于不对称负荷，利用steinmets理论实现分
相调节，消除负序电流，平衡三相电网。
荣信公司是国内SVC最大的生产基地，国内
市场占有率超过50%，超过了ABB 和西门子的
占有量，现有600 多套装置在正常运转，还出口
越南、泰国、缅甸、土耳其、尼日利亚、苏丹等国
家，并为意大利等国际型工程总包公司提供SVC
分包业务。
3 选择和应用大功率变频器的几个关健
要素
从七个关键要素中去评选绿色环保型的功能
安全的能在网络上实现远程的监控和实时的远程
诊断的变频器装置。
3.1 选择高性能IGBT模块功率器件构建双PWM
绿色环保型的新型变频主电路是重中之重
变频主电路的功率器件是变频器技术发展的
最主要的核心物质基础。主电路功率器件的工作
过程就是能量的过渡过程，其可靠性、稳定性、精
确性决定了变频器的可靠性、稳定性和精确性。中
国荣信公司选用EUPEC 公司的高性能IGBT模块
功率器件，采用多重化脉宽调制技术，对每个功率
单元进行多重化叠加，可得到阶梯的正弦PWM波
形；采用美国著名的德马考尔（Thermacore）公司的
超导热管冷却专利技术，彻底解决了IGBT等功率
器件散热的热岛效应问题，使用寿命可超过30
年，并免维修。这种阶梯的正弦PWM 波形，正弦
度很好，dv /dt<500 V/滋s，对电机和电缆的绝缘无
损害，无需另加滤波器，对输出的电缆长度无特殊
要求，可直接用于普通电机，能有效消除负载电机
的转矩脉动和机械轴承的振动。
双PWM绿色变频主电路拓扑结抅，将是新型
大功率变频调速技术发展的主要趋势。不仅逆变
部分采用最新的自关断器件，就是整流部分也采
用最新的PIC 功率模块器件，电网侧输入电流波
形接近正弦波，且功率因数接近于1；另一方面，
实现能量向电网回馈，保证变频器能四象限运行;
PWM 整流回路还可以大大减小直接环节的滤波
电容的容量。采用双PWM技术，对消除机械和电
磁噪音是最佳的方法。随着功率和频率的增加，
PWM 的开关损耗也会增加，所以在大功率和高频
化方面还有大量技术要研究和突破。我们可以采
用虚拟技术和嵌入式技术，随着微处理技术迅速
发展，利用谐波技术，硬开关变软开关，采用标准
化的PWM 模式，来解决开关损耗问题。优化的
PWM 模式，即三次谐波叠加法和电压空间矢量
PWM 法，这两种方法具有计算简单、实时控制容
易、动态响应速度快、控制精度高、准确度高的全
数字化和网络化的特点。
PWM控制技术现在正处在不断完善，不断创
新的大好阶段，将进一步推动更多更好的绿色环
保型变频器的创新。自上世纪70 年代到现在，随
着微电子技术的迅猛发展，主电路的功率器件经
历了四代巨大的变革。由第一代的SCR晶闸管，第
二代的GTR电力晶体管、MOSFET场效应晶体管，第三代的IGBT绝缘栅极双极晶体管，到第四代的
智能功率集成模块PIC为代表的最新型功率器件，
将成为变频主电路的决定性因素。还有最新的功率
器件如IGCT、IEGT集成发射式门极晶闸管、GaAS
（砷化镓管）、SiC（碳化硅）复合器件管、光控IGBT
管及超导功率器件管等在不断的闪亮登场。
3.2 选择高质量长寿命的滤波电容是变频器长
期稳定运行的根本保证
当今变频器大都要配置电容，为了打价格战，
大多选用电解电容。无数实践告诉我们，这种电解
电容耐压低，要多个串联，其均压问题不好解决，
致使电容发热严重，不能自愈，极易引起外壳炸
裂，寿命极短，每五年就要全部更换，变频器的维
护重点就是电解电容，运行维护价格很高，使客户
望而却步。荣信公司采用高可靠性的低感性的电
力电容，这种电容，耐压高（比电解电容高4 倍左
右）、容量大，寄生电感小，有自愈功能，寿命可达
20~30年，是变频器长期稳定运行的根本保证。上
海柯达公司采用无极性电容，效果也很好。
3.3 变频器要真正做到全数字化、智能化和网络化
变频调控系统包含多学科的技术领域，是一
个快速监控的系统，需要存储和处理大量的多种
数据，在网络上要快速实时的处理，传递大量的信
息。水泵机组配套的变频器是一个执行器，在大型
的水系统中，变频器就工作在工艺流程非常复杂、
工作环境不好、并且要不断接受指令变速运行的
状况中。泵站和净化处理厂相距遥远，加上无人值
守，长期高负荷运转，出现故障的几率就很高。变
频器必须数字化、智能化和网络化，才能在网络上
进行快速的工作、诊断和维修。荣信公司采用高速
单片机控制器或DSP 控制器与MMI 一体化工作
站和PLC 共同构成，可以实现柔性的闭环控制，生
成多电平的PWM控制波形，产品拥有完善的在线
的保护、故障诊断、打印、存储、查阅、进行逻辑处
理、运行控制、故障联锁等功能。
3.4 创建了业介唯一的全球互联网远程监控支持
系统
全球任何一个用户，只要能上互联网络或宽带网络，就能随时将中压变频器的运行状态和运
行参数传回地处鞍山市的荣信公司的全球远程监控中心室，可得到荣信公司专职维护工程师的24 h的技术支持和运行监控，保证售出的变频器（RHVC）、SVC、FC 等装置的无故障高可靠安全稳定运行。荣信公司研制的远程数据监控软件技术，打造国内外独一无二的网络化的品牌服务。
3.5 创建了国内唯一的中压变频全载试验检测中心
国内，绝大多数中压变频生产厂家不具备这样的全负载检测实力，产品出厂前做不了全载的考核，只有荣信公司才能进行耐中压全负载试验检验，这是中压变频器质量保证的基石。
3.6 变频器整机全部经过严格的高低温老化考核
荣信公司遵循ISO9001 质量体系的标准对每一个元器件都要进行严格的筛选，全部组装完成后，再进行整机的高低温老化考核，确保产品的优良品质。
3.7 变频器采用双峰焊生产线和自动贴片生产线
一个中压变频装置技术含量很高，它融合了电力、电子、控制三大电气工程技术，控制技术是关键技术，其焊接质量就是关键所在，荣信公司采用先进技术，使控制线路具有优良的抗干扰能力，确保控制系统长期可靠运行。
4 荣信公司变频器（HVC）和（SVC）的典型业绩
4.1 荣信公司变频器的典型业绩
荣信公司最近几个月的业绩如表1所列。
抚顺自来水厂扩建实例如下。
大泵房水泵设备：315 kW、220 kW 、400 kW，额定电压均为10 kV；
2 号泵房水泵设备：300 kW、300 kW、220 kW，额定电压均为10 kV；
两个泵房高压水泵采用变频调速，现采用辽宁荣信公司RHVC-A10/600-F 进行一拖三方案，恒压供水，定时调节的控制方式，可以使设备长期工作在经济运行模式下，有针对性地管对网压力实时调节，保证供水压力恒定，完全避免水泵工频起停时对设备及管路的冲击的水锤效应, 节能效果更加显著。针对大泵房负载情况的系统示意图如图3所示。
4.2 荣信公司SVC的典型业绩
荣信电力电子股份有限公司是中国最大的静止型动态无功补偿装置（SVC）制造商，也是中国最多的SVC 专利技术拥有者，专业研制开发并向国内外用户提供TCR 及TSC 型SVC 产品，拥有国内唯一的SVC 专用高压全载试验检测中心，拥有高效热管自冷、晶闸管串联及全数字控制等先进技术。集中了国内外经验丰富的专业工程技术人员，产品性能价格比明显优于同类进口产品，已广泛应用于宝钢、鞍钢、首钢、武钢、沙钢等国内七十余家钢铁企业，兰州铁路局、神华铁路局等电气化铁道牵引站，以及乌鲁木齐苇湖梁矿务局、哈密矿务局、上海马迹山港、海口电业局等煤矿、港口及电力系统，总安装容量已超过2 500 Mvar，遥遥领先于国内同行业。是中国SVC 设计及安装容量最多的基地，荣信SVC 是中国唯一通过ISO9001专业认证的SVC。

荣信SVC 被国家计委列为国家高技术产业化示范工程，被国家经贸委列为国家重大技术装备国产化创新研制专项，被国家科技部列为国家级重点新产品，被国家外国专家局列为引进国外技术及专家重点项目，得到总理基金的特别支持。
实例一最近荣信股份中标巴西CSN 公司UPV 钢厂长材工程34.5kV 及13.8kV 高压无功补偿兼滤波装置FC。
巴西CSN公司UPV 钢厂长材工程，设有1台138/34.5 kV 变压器及1 套34.5 kV 配电装置为1座电炉、1座LF炉供电，另设有2 台138/13.8 kV37.5 MVA 变压器及1 套13.8 kV 配电装置为炼钢、连铸、高速线材轧机供电。
为了消除谐波对电网造成的污染，降低电压畸变率，提高电力系统的带载能力，净化电网，改善电网电能质量，最大限度地节约成本，巴西CSN公司提出了对设备进行改造的具体要求是保证整体设备运行稳定可靠，确保整个设备控制功能的完整性、可靠性、准确性，而且设计与设备应具有当今国际先进水平。
荣信股份一直以来都严格按照国际标准的要求设计生产各类产品，在世界同行业中拥有良好的口碑，且技术全面，设备齐全，设计合理，服务周到，所以巴西CSN 公司委托荣信股份进行该项目的设计实施。
该项目电压等级为34.5kV、13.8kV，其中34.5kV一套，共有H2、H3、H4、H5四个滤波通道；13.8 kV 一套共有H3、H5、H7 三个滤波通道；13.8 kV 一套并联补偿。
实例二山东泰山钢铁集团有限公司新建炼钢车间。
该车间包括600 t混铁炉1 座、65 t脱磷转炉1座、60 t电弧炉2座、60 t GOR气氧精炼炉3座、70 t LF钢包精炼炉2座、不锈钢板坯连铸机1台。车间年产不锈钢板坯62万t、普碳钢板坯20.7万t。
因其负荷性质可能使无功冲击较大，并伴随大量谐波电流产生，功率因数低，往往给电网造成无功冲击引起的电压波动，谐波电流流入系统发热，设备运行可靠性降低，功率因数低，从而加大了生产成本。为了解决以上问题，山东泰山钢铁集团有限公司通过招投标选用荣信公司生产的SVC。该工程额定电压为35kV，TCR容量为85Mvar，是不平衡负荷。
经过精心设计和制造，该工程于2008 年顺利投运，并取得了成功。投运测试结果表明，电压畸变满足国家标准，功率因数在0.95 以上，注入系统的谐波电流满足国家标准，改善电网质量，抑制电压波动，消除系统谐波电流，提高了功率因数，从而保证了系统用电的安全与可靠。
实例三中信重机厂110 kV 变电所，为了消除高次谐波、无功冲击、电压波动和闪变对电网的影响，达到平衡系统无功、提高系统功率因数、改善电能质量、稳定电网以及节能降耗、降低运行成本等目的，采用了荣信公司生产的SVC 和FC 来解决以上问题。
本工程额定电压为35 kV，额定功率为55 Mvar，分别有H2、H3、H4、H5 四组滤波通道。
自从荣信SVC 投运后，有效地降低了无功功率和谐波的影响，稳定电网电压，滤除谐波，降低能耗，大大改善了电网质量，使电网的功率因数逸0.95，电压谐波总畸变率限值臆3.0%。
荣信SVC 从根本上解决了电能质量问题，做到了冷却系统免维护，也获得了用户的一致好评和充分信任。