動態(tài)電壓恢復(fù)裝置（DVR）研發(fā)與應(yīng)用

李紅

摘 要：目前國內(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，提出了直流儲能系統(tǒng)尚且存在的一些關(guān)鍵性問題，并對比分析了兩種應(yīng)用方案各自的優(yōu)缺點，顯示出DVR的優(yōu)越性并有針對性地分析了改造后的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：直流儲能；DVR；低電壓穿越；測試

1 研究背景

我廠每臺鍋爐的燃料供給系統(tǒng)采用的給煤機內(nèi)部變頻器型號為系列，屬于西門子公司的M440系列產(chǎn)品，主電機額定功率2.2KW，當(dāng)遭遇廠用電系統(tǒng)電壓波動時極有可能會引起變頻器跳閘，造成給煤機停機。當(dāng)給煤機跳閘后會向現(xiàn)場的DCS控制器發(fā)送信號，在實際的操作規(guī)程中給煤機跳閘是需要人工重啟的，這就延長了給煤機恢復(fù)運行的時間，當(dāng)在線的給煤機數(shù)量不能滿足燃料供給需求時DCS會啟動MFT（鍋爐自動滅火）程序，造成鍋爐滅火，造成機組解列。不但給火電廠造成巨大的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重的會引起電網(wǎng)的潮流倒送，對電網(wǎng)造成沖擊，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的運行安全。

2 兩種方案性能對比

目前，國內(nèi)有兩種低電壓穿越裝置，一種是直流儲能系統(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)運行，下面對該兩種系統(tǒng)的對比優(yōu)缺點分析如下：

2.1 直流儲能

直流儲能系統(tǒng)主要由：充電機、儲能單元（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：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。雖然直流儲能系統(tǒng)構(gòu)成比較簡單，響應(yīng)時間也可以達200s，但其還是不能完善地解決一些關(guān)鍵的問題：

（1）無法實現(xiàn)高電壓穿越；（2）無法實現(xiàn)電壓到零穿越；（3）變頻器停機時需要DCS聯(lián)動；（4）無法對控制電源形成有效的保護。

2.2 DVR方案

（可以滿足國家電網(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)電源異常時通過電子旁路的快速關(guān)斷，可以使給煤機系統(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)。整個切換過程不會影響到微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的正常運行。此外，其具備的優(yōu)點還有：（1）DVR設(shè)備接入簡單，且對原系統(tǒng)改造小。僅僅需要將源給煤機系統(tǒng)電源連接到DVR的輸入，將DVR的輸出連接到給煤機系統(tǒng)的輸入電源。不涉及對給煤機系統(tǒng)內(nèi)部的接線改造；（2）僅僅作為系統(tǒng)電源，不參與給煤機系統(tǒng)的運行；（3）DVR設(shè)備僅僅作為電源運行，不參與給煤機系統(tǒng)的運行，也不需要DCS提供聯(lián)動；（4）DVR設(shè)備設(shè)計補充時間為全功率6s；（5）實際現(xiàn)場測試結(jié)果：當(dāng)電壓降至0伏時，仍然可以運行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，給煤機可以正常運行，可以完全實現(xiàn)區(qū)外故障不受干擾。

3 技術(shù)路線

根據(jù)目前給煤機系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，并結(jié)合我廠的實際情況，在保證系統(tǒng)維持正常可靠運行的前提，本著對改動小、工期短、見效快的原則，通過技術(shù)改造讓整套給煤機系統(tǒng)具備高、低電壓穿越能力。通過分析、論證，采用了在給煤機系統(tǒng)總電源側(cè)增加DVR的方案，通過在給煤機系統(tǒng)總電源側(cè)加裝DVR可以有效地對整套給煤機系統(tǒng)進行保護，有效地解決了變頻器直流儲能系統(tǒng)僅僅能保護變頻器的弊端，并且整套系統(tǒng)可以實現(xiàn)高、低電壓穿越。符合國網(wǎng)（大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器的高、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，并不參與到給煤機系統(tǒng)的運行，故本次改造無需對給煤機內(nèi)部接線進行改造（如圖1）。

當(dāng)電網(wǎng)正常時，設(shè)備工作在旁路狀態(tài)，并不參與給煤機系統(tǒng)的正常運行，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屏幕進行實時顯示，還可以通過模擬量、干接點、RS485等通訊接口進行實時遠(yuǎn)送，方便與DCS系統(tǒng)進行通訊。DCS系統(tǒng)可以根據(jù)以上信息的變化，實時了解設(shè)備的工作情況。針對我公司#2鍋爐5臺給煤機加裝VRT-380A低電壓穿越裝置后，進行現(xiàn)場實際試驗，測試結(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，DVR設(shè)備可以在極短的時間內(nèi)，即可恢復(fù)敏感負(fù)荷側(cè)的電壓穩(wěn)定。

4 經(jīng)濟效益

DVR的儲能采用了前瞻性的超級電容方式，相比蓄電池5～6年的壽命，超級電容的壽命可長達10年以上，無疑大大降低了維護工作。本項目的直接效益主要在于保證機組安全穩(wěn)定方面，當(dāng)輸電系統(tǒng)區(qū)外發(fā)生短路故障時，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300MW機組的給煤機安全穩(wěn)定運行，不發(fā)生鍋爐滅火及機組非停事件。間接效益在于保證機組不非停，從而多發(fā)的電量、節(jié)約的廠用電量及其他發(fā)電成本。