動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)裝置（DVR）研發(fā)與應(yīng)用

李紅

摘 要：目前國(guó)內(nèi)有兩種低電壓穿越裝置，文章根據(jù)公司存在的問題，詳細(xì)闡述了這兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，提出了直流儲(chǔ)能系統(tǒng)尚且存在的一些關(guān)鍵性問題，并對(duì)比分析了兩種應(yīng)用方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)，顯示出DVR的優(yōu)越性并有針對(duì)性地分析了改造后的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：直流儲(chǔ)能；DVR；低電壓穿越；測(cè)試

1 研究背景

我廠每臺(tái)鍋爐的燃料供給系統(tǒng)采用的給煤機(jī)內(nèi)部變頻器型號(hào)為系列，屬于西門子公司的M440系列產(chǎn)品，主電機(jī)額定功率2.2KW，當(dāng)遭遇廠用電系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)極有可能會(huì)引起變頻器跳閘，造成給煤機(jī)停機(jī)。當(dāng)給煤機(jī)跳閘后會(huì)向現(xiàn)場(chǎng)的DCS控制器發(fā)送信號(hào)，在實(shí)際的操作規(guī)程中給煤機(jī)跳閘是需要人工重啟的，這就延長(zhǎng)了給煤機(jī)恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)間，當(dāng)在線的給煤機(jī)數(shù)量不能滿足燃料供給需求時(shí)DCS會(huì)啟動(dòng)MFT（鍋爐自動(dòng)滅火）程序，造成鍋爐滅火，造成機(jī)組解列。不但給火電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的會(huì)引起電網(wǎng)的潮流倒送，對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

2 兩種方案性能對(duì)比

目前，國(guó)內(nèi)有兩種低電壓穿越裝置，一種是直流儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)為變頻器的直流母線供電，需要和負(fù)載共用電源，另一種是DVR系統(tǒng)，該系統(tǒng)直接為變頻器供給交流電源，配置超級(jí)電容，在系統(tǒng)完全斷電的情況下，仍可滿足負(fù)載持續(xù)運(yùn)行，下面對(duì)該兩種系統(tǒng)的對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：

2.1 直流儲(chǔ)能

直流儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由：充電機(jī)、儲(chǔ)能單元（一般由鉛酸蓄電池組成）、BOOST電路、控制系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)工作時(shí)：BOOST電路將直流電升壓至DC540V左右，通過變頻器剎車電阻連接端子接入變頻器的直流母線，在電壓跌落時(shí)通過外部能量維持變頻器內(nèi)部母線電壓穩(wěn)定。雖然直流儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單，響應(yīng)時(shí)間也可以達(dá)200s，但其還是不能完善地解決一些關(guān)鍵的問題：

（1）無法實(shí)現(xiàn)高電壓穿越；（2）無法實(shí)現(xiàn)電壓到零穿越；（3）變頻器停機(jī)時(shí)需要DCS聯(lián)動(dòng)；（4）無法對(duì)控制電源形成有效的保護(hù)。

2.2 DVR方案

（可以滿足國(guó)家電網(wǎng)高、低電壓的穿越要求）DVR設(shè)備的核心理念是微網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)電源異常時(shí)通過電子旁路的快速關(guān)斷，可以使給煤機(jī)系統(tǒng)組成的微網(wǎng)和廠用電系統(tǒng)隔離，無論廠用電系統(tǒng)電壓驟升還是暫降，都影響不到微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)廠用電系統(tǒng)恢復(fù)正常后，微網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備再交給廠用電系統(tǒng)。整個(gè)切換過程不會(huì)影響到微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行。此外，其具備的優(yōu)點(diǎn)還有：（1）DVR設(shè)備接入簡(jiǎn)單，且對(duì)原系統(tǒng)改造小。僅僅需要將源給煤機(jī)系統(tǒng)電源連接到DVR的輸入，將DVR的輸出連接到給煤機(jī)系統(tǒng)的輸入電源。不涉及對(duì)給煤機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的接線改造；（2）僅僅作為系統(tǒng)電源，不參與給煤機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行；（3）DVR設(shè)備僅僅作為電源運(yùn)行，不參與給煤機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，也不需要DCS提供聯(lián)動(dòng)；（4）DVR設(shè)備設(shè)計(jì)補(bǔ)充時(shí)間為全功率6s；（5）實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果：當(dāng)電壓降至0伏時(shí)，仍然可以運(yùn)行10秒，可以保證在電網(wǎng)區(qū)外發(fā)生三相短路接地故障時(shí)，給煤機(jī)可以正常運(yùn)行，可以完全實(shí)現(xiàn)區(qū)外故障不受干擾。

3 技術(shù)路線

根據(jù)目前給煤機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，并結(jié)合我廠的實(shí)際情況，在保證系統(tǒng)維持正常可靠運(yùn)行的前提，本著對(duì)改動(dòng)小、工期短、見效快的原則，通過技術(shù)改造讓整套給煤機(jī)系統(tǒng)具備高、低電壓穿越能力。通過分析、論證，采用了在給煤機(jī)系統(tǒng)總電源側(cè)增加DVR的方案，通過在給煤機(jī)系統(tǒng)總電源側(cè)加裝DVR可以有效地對(duì)整套給煤機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，有效地解決了變頻器直流儲(chǔ)能系統(tǒng)僅僅能保護(hù)變頻器的弊端，并且整套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高、低電壓穿越。符合國(guó)網(wǎng)（大型汽輪發(fā)電機(jī)組一類輔機(jī)變頻器的高、低電壓穿越能力技術(shù)規(guī)范）的技術(shù)要求，最重要的DVR僅僅作為系統(tǒng)電源，并不參與到給煤機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，故本次改造無需對(duì)給煤機(jī)內(nèi)部接線進(jìn)行改造（如圖1）。

當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)，設(shè)備工作在旁路狀態(tài)，并不參與給煤機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所有負(fù)載通過高速電子旁路由廠用電系統(tǒng)直接供電。在任意時(shí)刻DVR設(shè)備的工作狀態(tài)不僅可以通過設(shè)備自帶的LCD屏幕進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，還可以通過模擬量、干接點(diǎn)、RS485等通訊接口進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)送，方便與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊。DCS系統(tǒng)可以根據(jù)以上信息的變化，實(shí)時(shí)了解設(shè)備的工作情況。針對(duì)我公司#2鍋爐5臺(tái)給煤機(jī)加裝VRT-380A低電壓穿越裝置后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表1：

從以上數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)電壓驟升到標(biāo)稱值的130%時(shí)，DVR設(shè)備可以在極短的時(shí)間內(nèi)，即可恢復(fù)敏感負(fù)荷側(cè)的電壓穩(wěn)定。

4 經(jīng)濟(jì)效益

DVR的儲(chǔ)能采用了前瞻性的超級(jí)電容方式，相比蓄電池5～6年的壽命，超級(jí)電容的壽命可長(zhǎng)達(dá)10年以上，無疑大大降低了維護(hù)工作。本項(xiàng)目的直接效益主要在于保證機(jī)組安全穩(wěn)定方面，當(dāng)輸電系統(tǒng)區(qū)外發(fā)生短路故障時(shí)，造成220KV系統(tǒng)低電壓，在加裝DVR裝置后，可以保證我公司2臺(tái)300MW機(jī)組的給煤機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，不發(fā)生鍋爐滅火及機(jī)組非停事件。間接效益在于保證機(jī)組不非停，從而多發(fā)的電量、節(jié)約的廠用電量及其他發(fā)電成本。