简介： 成果简介： 随着电力电子设备以及电弧炉等非线形负荷的大量应用，电力系统电能质量受到严重影响，电力系统的频率、电压偏差以及谐波电流严重超标，这对电网的安全、经济运行等带来诸多不良影响，治理电网污染、提高电网电能质量已成为各工矿企业、电网公司首先要考虑的重点项目。我公司针对电网电能质量治理问题设计开发了高压柔性无功补偿技术与装备，用以抑制系统无功冲击、滤除高次谐波、平衡三相负荷、降低网损。 高压柔性无功补偿技术与装备主要包括利用电力学、电子学与控制理论等先进理论，对电网电能质量进行治理的技术以及高压静止无功发生器（SVG）、晶闸管控制电抗器（TCR）、磁阀式可控电抗器（MCR）、晶闸管投切电容器（TSC）等柔性无功补偿装置。 高压TCR型柔性无功补偿装置中，高压晶闸管阀组TE板采用高压耦合取能方式供电，晶闸管采用光电触发模式，阀组与控制系统间通过基于5脉冲编码的光纤通讯传输触发和状态检测信息。解决了串联晶闸管的触发一致性差、抗干扰能力弱和绝缘易出现故障、串联晶闸管因压接不好损坏晶闸管问题。35kV 82Mvar水冷TCR，每相晶闸管阀组采用22对6500V晶闸管反并联串联组成，目前已经通过中国电力科学研究院电力工业电气设备质量检验测试中心的工程现场测试。 高压SVG型柔性无功补偿装置中，采用分组式脉冲循环换位SPWM调制和基于电压排序差异放电的直流电压平衡控制策略，解决链节均压问题；链式换流器采用基于硬件过压检测及光纤环路整机闭锁的微秒级过压保护技术，提高设备安全性；采用宽范围输入开关电源从直流电容直接取能，简化电路结构。实现了高压链式SVG各链节间的直流电压平衡控制，增加了链式换流器的抗故障实效能力，采用该创新技术的SVG产品运行稳定可靠，链结间压差控制在20V以内。 高压SVG、TCR、MCR、TSC等柔性无功补偿装置中，控制器采用MCU+DSP+FPGA多处理器协同工作的高性能硬件平台，算法采用基于电网电压定向矢量变换的平衡化补偿策略，基于正负序分离的软锁相技术，提高了动补装置的响应速度和补偿精度，响应速度最快≤ 20ms，保证了动态无功补偿装置在大功率非线性冲击负荷工况下的动态补偿效果，控制器已经通过国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心的检验。 高压TSC型柔性无功补偿装置中，TSC采用专用的电压互感器从高压侧取能给触发电路供电，触发电路与控制系统之间采用光纤通讯，很好的解决触发电路和控制系统间的绝缘问题。通过使用专门设计的脉冲变压器配合电压源型触发电路，实现了阀组的可靠触发。 项目实施过程中获授权国家发明专利1项，授权实用新型9项，计算机软件著作权3项；发表论文5篇，制订国家标准1项，行业标准3项；山东省科技厅技术鉴定3项；国家重点新产品1项，国家火炬计划1项；培养硕士38人，学士42人。2011年实现销售收入22943.2万元，税收2306万元，2012年实现销售收入33145万元，税收3767万元，2013年实现销售收入54997万元，税收4256万元，已有三千余套补偿产品应用于电力、钢铁、冶金、煤炭、风电、铁路、石油化工等领域，并出口伊朗、泰国等十几个国家和地区。   成果创新性： 1、高压晶闸管阀组TE板采用高压耦合取能方式供电，晶闸管采用光电触发模式，阀组与控制系统间通过基于5脉冲编码的光纤通讯传输触发和状态检测信息。阀串的压接采用专门优化设计的螺杆顶压结构，保证压接好的晶闸管串能够达到最优的性能。BOD过压保护可有效防止串联晶闸管的过压击穿。 一种高压晶闸管阀触发电路（ZL201020151151.4） 一种无功补偿装置配套端子箱（ZL201320537599.3） 晶闸管触发用脉冲变压器（ZL201020151144.4） 一种新型热管无功补偿器的晶闸管阀结构（ZL201020151113.9） 支持该项创新的论文、论著：《大功率晶闸管暂态过程分析及吸收回路的研究》、《基于Matlab的晶闸管换相过电压仿真》、《串联晶闸管阀组触发电路设计》、《Trigger circuit design for series SCRs valve bank》。 在工业交流电网中应用的TCR型SVC的滤波器设计和组合运行进行深入研究，并主持制定《GB/T 26870-2011滤波器和并联电容器在受谐波影响的工业交流电网中的应用》国家标准1项，参与制定《DL/T 1298-2013 静止无功补偿装置运行规程》行业标准1项。 2、采用分组式脉冲循环换位SPWM调制和基于电压排序差异放电的直流电压平衡控制策略，解决链节均压问题；链式换流器采用基于硬件过压检测及光纤环路整机闭锁的微秒级过压保护技术，提高设备安全性；采用宽范围输入开关电源从直流电容直接取能，简化电路结构。 发明专利：干式铁心电抗器用绑扎式铁心饼的制作工艺（ZL201010220466.4） 支持该项创新的专利： 一种新型IGBT模块（ZL201220105336.0） 具有直流支撑电容过电压保护的SVG功率单元（ZL201220631603.8） 具有逆变输出端过电压保护的SVG功率单元（ZL201220631644.7） 一种SVG链节过电压保护电路（ZL201220631662.5） 研究了铁心式连接电抗器的制作工艺，并申请了发明专利，有效降低了满载运行期间的噪音和温升。我公司在柔性无功补偿装置开发和应用中积累了丰富经验，受邀《DL/T1216-2013 配电网静止同步补偿装置技术规范》和《DL/T 1217-2013 磁控型可控并联电抗器技术规范》两项电力行业标准的制定工作。 3、控制器采用MCU+DSP+FPGA多处理器协同工作的高性能硬件平台，算法采用基于电网电压定向矢量变换的平衡化补偿策略，基于正负序分离的软锁相技术，提高动补装置的响应速度和补偿精度。 SVC控制系统（ZL201020200685.2） 支持该项创新的论文、论著）：《基于电网电压定向矢量变换的SVC平衡化补偿策略》 项目组成员在中国科技核心期刊“电工技术学报”上发表题为《基于电网电压定向矢量变换的平衡化补偿策略》的论文1篇。 4、晶闸管投切电容器阀组采用专用的电压互感器从高压侧取能给触发电路供电，触发电路与控制系统之间采用光纤通讯，很好的解决了触发电路和控制系统间的绝缘问题。通过使用专门设计的脉冲变压器配合电压源型触发电路，实现了阀组晶闸管的可靠触发。 一种高压晶闸管阀触发电路（ZL201020151151.4） 晶闸管触发用脉冲变压器（ZL201020151144.4） 一种新型热管无功补偿器的晶闸管阀结构（ZL201020151113.9） 支持该项创新的论文、论著：《大功率晶闸管暂态过程分析及吸收回路的研究》、《基于Matlab的晶闸管换相过电压仿真》、《串联晶闸管阀组触发电路设计》。   成果独占性： 经过近7年的成功开发与产业化推广，实践证明了该成果的科学性、合理性、可靠性和先进性。是连续输送技术的重大革新，为拓宽矿山厂区的选址，降低运输成本，节能降排，减小对环境的破坏和污染具有重要意义；是现代矿山物料输送的新选择，因此具有深远的社会经济效益和巨大的市场推广前景。   成果盈利性： 经过近7年的成功开发与产业化推广，实践证明了该成果的科学性、合理性、可靠性和先进性。是连续输送技术的重大革新，为拓宽矿山厂区的选址，降低运输成本，节能降排，减小对环境的破坏和污染具有重要意义；是现代矿山物料输送的新选择，因此具有深远的社会经济效益和巨大的市场推广前景。   成果持续性： 经过近7年的成功开发与产业化推广，实践证明了该成果的科学性、合理性、可靠性和先进性。是连续输送技术的重大革新，为拓宽矿山厂区的选址，降低运输成本，节能降排，减小对环境的破坏和污染具有重要意义；是现代矿山物料输送的新选择，因此具有深远的社会经济效益和巨大的市场推广前景。   成果先进性： 经过近7年的成功开发与产业化推广，实践证明了该成果的科学性、合理性、可靠性和先进性。是连续输送技术的重大革新，为拓宽矿山厂区的选址，降低运输成本，节能降排，减小对环境的破坏和污染具有重要意义；是现代矿山物料输送的新选择，因此具有深远的社会经济效益和巨大的市场推广前景。   成熟度：13、回报级：收回全部投入后开始赚钱再投入   市场分析： 每年按承接30个项目计算，每个项目的平均容量按4000Kvar考虑，项目的利润预计30万元，每年税前利润预计达900万元左右。实现年产量600MVar以上，形成年产300套的生产规模，实现产值12000万元，年创利税2000万元。2012年实现销售收入33145万元，税收3767万元，2013年实现销售收入54997万元，税收4256万元,设备在额定的电压、频率下进行生产，不仅可以避免设备损坏，而且也以提高产品质量，降低生产成本，减轻劳动强度，改善劳动条件，实现生产过程自动化。   商业模式分析： 截止到2013年12月31日公司的销售收入为54997.2万元，实现利润总额7533万元，缴纳税金3626万元，应收账款31598.6万元，截止到2013年12月31日公司的资产总额为58575.6万元，预计年底销售收入将突破75000万元，产值达到63000万元的规模，实现利润5000万元，公司运营稳定，发展迅速，足以为项目的发展提供全部（或部分）资金。   营销状况： 项目成功推广至今，培养硕士38人，培养重点院校学士42人，减轻社会就业压力。项目符合国家的政策导向，减轻了劳动者的劳动强度。高压柔性无功补偿技术与装备的应用能够改善电能质量、有助于治理电网污染，与我国的环保发展战略一致，还提高了公共电网的安全性，为安全生产提供保障。反馈电网电能，对外界环境无污染，起到了很好的节能降耗效果，从而有效地保护了自然资源，推动了动态无功补偿装置科技进步