專訪安科瑞電氣股份有限公司技術(shù)總監(jiān)季曉春
近幾年由于諧波治理、無功補(bǔ)償?shù)入娏﹄娮蛹夹g(shù)在我的迅速發(fā)展，內(nèi)企業(yè)的研發(fā)實力和產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用水平得到了快速提升，行業(yè)內(nèi)少數(shù)企業(yè)的技術(shù)水平已經(jīng)接近或達(dá)到了先進(jìn)水平。家節(jié)能減排、新能源利用和智能電網(wǎng)建設(shè)的快速推進(jìn)為此提供了廣闊的市場需求景，也為行業(yè)內(nèi)擁有技術(shù)勢的企業(yè)帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇。同時隨著人們對電能質(zhì)量治理認(rèn)知度的迅速提高，電能質(zhì)量治理產(chǎn)品市場出現(xiàn)快速增長。作為家為智能電網(wǎng)用戶端提供智能電力監(jiān)控、電能管理及電氣安全等系統(tǒng)性解決方案的內(nèi)少數(shù)幾家企業(yè)之，安科瑞電氣股份有限公司（以下簡稱安科瑞）在電能質(zhì)量治理方面發(fā)展迅速，為此本刊記者特別采訪了安科瑞電氣股份有限公司技術(shù)總監(jiān)季曉春，請他為我們解讀安科瑞在電能質(zhì)量治理方面的獨(dú)到之處。
的電能質(zhì)量產(chǎn)品
記者：季總，您好！先請您以安科瑞電能質(zhì)量典型產(chǎn)品為代表介紹其技術(shù)特點(diǎn)，與市場同類產(chǎn)品相比有何技術(shù)勢？
季曉春：安科瑞ANAPF系列有源電力濾波器采用大功率IBGT器件，可使補(bǔ)償電流達(dá)到300 A以上，有源電力濾波器濾波電路各個電抗器和電容器參數(shù)的調(diào)校，使之可以適應(yīng)于各種工業(yè)場合，不與系統(tǒng)發(fā)生諧振。三相三線和三相四線的產(chǎn)品分別開發(fā)，每相都采用單獨(dú)橋臂，確保發(fā)出較大補(bǔ)償電流，適合于大電流的工業(yè)環(huán)境。
安科瑞有源電力濾波器的主要勢。
1. 具有自主知識產(chǎn)權(quán)
安科瑞有源電力濾波器實行自主研發(fā)，打破外的技術(shù)壟斷，從而降低產(chǎn)品成本。我們的產(chǎn)品從元器件的選擇、電路的設(shè)計及安裝到配電系統(tǒng)的阻抗設(shè)計均由自主研發(fā)，相關(guān)技術(shù)*由自己掌握。電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)應(yīng)用時會遇到很多問題，因此是否掌握自主知識產(chǎn)權(quán)至關(guān)重要。安科瑞有源電力濾波器由企業(yè)與高校進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，再經(jīng)內(nèi)部成員消化吸收后誕生，具有*自主知識產(chǎn)權(quán)。既有利于公司快速處理解決市場遇到的各種實際問題，又有利于相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的不斷升級換代以及后續(xù)在相近行業(yè)和產(chǎn)品需求上進(jìn)行技術(shù)延拓，促進(jìn)產(chǎn)品線良性循環(huán)。
2. 用料考究，核心部件采用進(jìn)口
安科瑞有源電力濾波器核心部件采用英飛凌、賽米控和富士等進(jìn)口的產(chǎn)品，斷路器和接觸器采用內(nèi)，普通電子元件由公司長期供應(yīng)商供貨。
3. 完善的售售后服務(wù)體系
安科瑞總部位于上海，生產(chǎn)基地位于江陰，承諾對于客戶的售后服務(wù)需求響應(yīng)時間在2 h內(nèi)。對于江浙滬的企業(yè)，如需現(xiàn)場測量，可當(dāng)天到達(dá)。
記者：目主要抑制諧波的方法是采用濾波器，請問在選擇有源電力濾波器時貴公司如何幫助客戶進(jìn)行準(zhǔn)確快速選型？
季曉春： 為幫助客戶完成快速選型，我們通過“ 小冊子（HandBook）”和“選型軟件”把測量過的企業(yè)和不同行業(yè)的THDi整理后免費(fèi)提供給設(shè)計院和客戶，方便其進(jìn)行快速選型。“小冊子”即有源電力濾波器設(shè)計選型速查手冊，在HandBook上根據(jù)變壓器容量負(fù)荷率，不同行業(yè)的THDi參考值，計算后作出個表格，客戶可以不用計算，直接查表便可找到所需要補(bǔ)償?shù)娜萘俊Ｈ缤ㄐ判袠I(yè)由于有各種UPS、空調(diào)器等設(shè)備，THDi參考值大約為40%，如果某個通信行業(yè)客戶是1 000 kV?A的變壓器，負(fù)荷率是60%，那么直接在HandBook上可以查到諧波電流大約為322 A，如圖1所示。根據(jù)這個估算數(shù)據(jù)可以在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計時減少大量工作量。
圖1 快速選型表查表選型
對于安科瑞的“選型軟件”，不同的負(fù)荷率可以進(jìn)行計算并給出選擇的容量。軟件里有三種計算方式，分別是根據(jù)變壓器容量選型、根據(jù)負(fù)荷額定電流選型和根據(jù)快速選型表查表選型。需要進(jìn)行選型時，可根據(jù)所掌握的負(fù)荷情況進(jìn)行快速選擇，方便使用。
記者：由于各類負(fù)荷隨時間變化，補(bǔ)償電容也隨系統(tǒng)功率因數(shù)變化而改變投切容量，這使得要確定各類負(fù)荷的等效諧波阻抗變得很困難。同時，在實際工程中，諧波計算所需數(shù)據(jù)也難以得到足夠準(zhǔn)確的資料。那么，目針對貴公司諧波測量方法主要有哪些？
季曉春：對于測量方法，可以簡化為“望，聞，問，切，嘗”五個字。所謂“望”，即對需要進(jìn)行測量的項目先溝通，詳細(xì)了解配電系統(tǒng)現(xiàn)在的電能情況，已經(jīng)出現(xiàn)過的故障，并做好記錄；所謂“聞”，即測量工程師到現(xiàn)場后所見所聽， 是對現(xiàn)場情況的個描述；所謂“問”，即跟負(fù)責(zé)現(xiàn)場的電工或負(fù)責(zé)人詳細(xì)了解配電系統(tǒng)情況；所謂“切”，這就是重點(diǎn)的測量，包括電能數(shù)據(jù)測量和配電所其他數(shù)據(jù)的測量；所謂“嘗”，即工程師現(xiàn)場分析的情況如果可以進(jìn)行判斷，可以請客戶配合進(jìn)行試驗，如查找諧波源，印證諧波測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
如圖2所示，對個配電系統(tǒng)的測量，有同步同時測量和分步差時測量。測量點(diǎn)較多，通過這些點(diǎn)的測量，對比數(shù)據(jù)，找到諧波源，根據(jù)諧波源的測量數(shù)據(jù)計算，分析對供電系統(tǒng)的影響。對于諧波情況比較嚴(yán)重的場合，在進(jìn)行諧波測量時會測量多次，在不同負(fù)荷情況下進(jìn)行測量。
外出測量的工程師都必須通過持有電工證，并且接受嚴(yán)格培訓(xùn)，對現(xiàn)場情況非常熟悉，可以熟練操作測量儀器，并對配電現(xiàn)場的電能情況熟練分析，對于客戶用電時所不清楚的地方進(jìn)行講解 。既可以進(jìn)行諧波測量，又可以進(jìn)行諧波分析，力求測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有用。
圖2 諧波測量
廣泛的行業(yè)應(yīng)用
記者：請結(jié)合實際案例介紹安科瑞的電能質(zhì)量產(chǎn)品目已應(yīng)用到哪些重點(diǎn)行業(yè)和項目？
季曉春：下面分別以江陰港口碼頭和常熟智慧城市中心兩個案例為例，談?wù)勎覀兊男袠I(yè)應(yīng)用情況。
1. 江陰港口碼頭
1）配電系統(tǒng)問題故障。諧波較大，無功補(bǔ)償不達(dá)標(biāo)，電容器經(jīng)常換，接觸器打火。
2）問題分析。港口門機(jī)負(fù)荷屬于波動負(fù)荷，并且?guī)ё冾l器，諧波過大，無功變化速度快，傳統(tǒng)的接觸器投切SVC不能達(dá)到補(bǔ)償諧波的目的，并且諧波使得電容器經(jīng)常發(fā)生故障。
3）解決方案。在配電系統(tǒng)集中并聯(lián)臺有源電力濾波器，消除系統(tǒng)諧波，并配合原有無功柜進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。
4）方案效果。經(jīng)過電能質(zhì)量治理之后，無功補(bǔ)償達(dá)標(biāo)，并且原有無功柜也可以繼續(xù)使用，降低改造成本。電能質(zhì)量治理后數(shù)據(jù)對比情況如圖3所示。
圖3 電能質(zhì)量治理后數(shù)據(jù)對比
2. 常熟智慧城市中心
該項目為新建項目，數(shù)據(jù)中心機(jī)房用大型UPS供電，并且由于變頻空調(diào)器眾多，估測諧波含量較大，期設(shè)計時根據(jù)供電公司提供的供電數(shù)據(jù)、設(shè)計院提供的供電系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)以及客戶提供的設(shè)備數(shù)據(jù)等進(jìn)行定性分析，并且從自己測量的相似工程數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，確定補(bǔ)償容量。諧波評估數(shù)據(jù)如圖4所示。
圖4 諧波評估數(shù)據(jù)
記者：各行業(yè)具有不同的供配電系統(tǒng)特點(diǎn)，負(fù)荷類型也各不相同，請問貴公司如何應(yīng)對各行業(yè)對電能質(zhì)量差異化的要求？
季曉春：對于不同的行業(yè)，安科瑞有不同的分析治理方案。對于工業(yè)場所，功率比較大的設(shè)備，會進(jìn)行就地補(bǔ)償，在該設(shè)備端進(jìn)行諧波治理，從源頭上解決諧波問題；對于醫(yī)院項目，由于醫(yī)院醫(yī)技樓各種設(shè)備眾多，并且對于噪聲控制的比較嚴(yán)格，我們研發(fā)了抽屜式壁掛式APF，占地體積小，單機(jī)補(bǔ)償30 A、50 A或75 A，噪聲小，用來就地補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的諧波；對于工業(yè)場所，要求變壓器出線電壓畸變率不超標(biāo)時，可以選擇集中補(bǔ)償?shù)姆桨福央妷夯兟士刂圃?%以內(nèi)。對于不同的用電負(fù)荷，安科瑞均有套完整的治理體系，適用于不同的治理場合。對于新建型項目和改造型項目也有不同方式進(jìn)行有源電力濾波器選型和電能質(zhì)量治理。
對于新建項目，通過對負(fù)荷進(jìn)行定性分析，先確定哪些設(shè)備有諧波，哪些設(shè)備諧波可以忽略，哪些設(shè)備沒有諧波，然后結(jié)合以往測量過的相關(guān)設(shè)備類型數(shù)據(jù)，估算諧波含量，再根據(jù)從客戶處獲取的詳細(xì)供電資料，如用戶用電容量、供電的短路容量等，計算諧波是否超標(biāo)，治理到不超標(biāo)的范圍內(nèi)，根據(jù)此范圍選擇合適容量的有源電力濾波器。
對與改造項目，先要詳細(xì)了解設(shè)備的使用情況，即在諧波環(huán)境下是否有損壞，并討論這種損壞是否由諧波引起，諧波因素占有多大比例，然后再與客戶商定具體時間進(jìn)行測量，測量時發(fā)出諧波的設(shè)備必須開起，測得數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)據(jù)分析是哪幾次諧波起主導(dǎo)作用，并結(jié)合設(shè)備的諧波特性分析是否由設(shè)備產(chǎn)生，只有確定為諧波引起，才會為此設(shè)計有源電力濾波器去治理，如由其他原因引起的，我們會給出個合理化建議。
目對于每個項目，安科瑞都會結(jié)合該項目的具體設(shè)備和供電情況單獨(dú)設(shè)計方案。確保使用有源電力濾波器可以達(dá)到電能質(zhì)量治理的效果。如江陰港，功率因數(shù)較低，在進(jìn)行實際測量和對設(shè)備分析后發(fā)現(xiàn)，此問題部分是因為配電系統(tǒng)有諧波，另部分是因為功率需求變化過快，導(dǎo)致本身所配的無功柜無法進(jìn)行補(bǔ)償。然后根據(jù)此分析，做出方案為原有無功柜繼續(xù)使用，在配備有源電力濾波器去補(bǔ)償快速變化的無功和諧波。這個方案方面可以繼續(xù)使用原有無功柜，不至于設(shè)備資源浪費(fèi)，另方面又可以較好的解決了配電系統(tǒng)的無功功率因數(shù)低、系統(tǒng)有諧波超標(biāo)的情況，該港口的電能質(zhì)量問題得到有效解決。同時還可以以該項目為例，對相同項目類型進(jìn)行電能質(zhì)量改造，節(jié)約改造成本。
專業(yè)的技術(shù)研發(fā)
記者：請問安科瑞在電能質(zhì)量新技術(shù)的研發(fā)方面進(jìn)行了哪些投入和工作？
季曉春： 安科瑞主要技術(shù)研發(fā)包括。
1）熱仿真技術(shù)的研發(fā)。在電力電子技術(shù)的研發(fā)中，大功率電力電子元器件的發(fā)熱問題是個重要的技術(shù)難點(diǎn)。有源電力濾波器需要發(fā)出高頻率的電流，因此電力電子元器件在發(fā)出電流的同時，發(fā)熱量非常大。如何保證大功率發(fā)熱元器件能夠在安全溫度內(nèi)可靠運(yùn)行，直是技術(shù)的難點(diǎn)。進(jìn)行產(chǎn)品的熱設(shè)計應(yīng)與電氣設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計同時進(jìn)行，安科瑞引入熱仿真技術(shù)，確保有源電力濾波器可以在設(shè)定溫度范圍內(nèi)長時間安全運(yùn)行。
2）電力電子技術(shù)的研發(fā)。這是項需要時間積累的過程，為了加快技術(shù)研發(fā)進(jìn)度，安科瑞與江蘇東南大學(xué)、中礦業(yè)大學(xué)及華中科技大學(xué)進(jìn)行技術(shù)交流與合作，先后進(jìn)行了有源電力濾波器的大電流多機(jī)并聯(lián)技術(shù)、智能建筑無功諧波混合補(bǔ)償技術(shù)的合作研究，相關(guān)人員掌握了相關(guān)技術(shù)之后，直接對其產(chǎn)業(yè)化，為公司培養(yǎng)了批高素質(zhì)的技術(shù)人才，衍生出了系列的產(chǎn)品。
3 ）有源電力濾波器產(chǎn)品研發(fā)。在研發(fā)過程中，技術(shù)人員大膽采用新技術(shù)、新材料投入到產(chǎn)品的研發(fā)中。有源電力濾波器產(chǎn)品中電抗器是個很重要的元件，原來采用產(chǎn)硅鋼的電抗器，體積大、噪聲大、發(fā)熱量大且開關(guān)頻率低，直接影響產(chǎn)品的輸出性能，后來換了德漢門德電抗器，補(bǔ)償效果較好，但成本高、體積大。技術(shù)人員偶然發(fā)現(xiàn)用在光伏逆變器上的鐵硅電抗器非常適合有源電力濾波器產(chǎn)品的要求，就嘗試把該產(chǎn)品用到有源電力濾波器上。驗證后發(fā)現(xiàn)：鐵硅電抗器體積小、重量輕、噪聲小，發(fā)熱量小且開關(guān)頻率高，補(bǔ)償效果好。同時為了配合研發(fā)進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品測試，安科瑞投入了大量資金進(jìn)行設(shè)備采購，根據(jù)試驗需求自制了試驗設(shè)備進(jìn)行大量產(chǎn)品測試。
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