农村地区配电台区电能质量综合治理应用研究科技项目申请书及可行性研究报告.docx
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农村地区配电台区电能质量综合治理应用研究科技项目申请书及可行性研究报告
公司科技项目
申请书及可行性研究报告
项目简表
项目名称
农村地区配电台区电能质量综合治理应用研究
项目
负
责
人
姓名
工作单位
钦州供电局浦北供电公司
性别
年龄
职称
工程师
项
目
分
类
[]基础性研究
[]前瞻性研究
[]应用性研究
[]发电技术[]输电技术[]变电技术
[]配电技术[]用电技术[]电网运行技术
[]信息技术[]通信技术[]物资管理技术
[]电网建设[]继保自动化[]其它
项目起止时间
2017年3月——2018年12月
申请经费总额
98万元
是否重点项目
否
项目摘要：
采用高精度的信号测量技术、先进的实时信号处理系统、瞬时功率理论及快速傅立叶数字分析技术、自主创新的直接PWM控制方法，研发用于电能质量综合治理的配电台区电能质量综合治理装置。
该设备可以实现连续、动态跟踪补偿负荷的无功功率，有效改善配电网的三相功率不平衡状况，抑制负荷引起的谐波电流。
可有效改善我国配电网长期无功补偿不足、三相功率不平衡的现状，并可以有效防治目前使用日益增多的电子设备引入谐波的问题，这将提高配电网的安全、经济运行水平，符合国家的节能减排政策，为电力用户和供电企业带来良好的经济效益及社会效益。
预期成果成熟度水平
6级
项目负责人意见：
（签字）年月日
申请单位意见：
（公章）年月日
总部部门、直属机构、分子公司意见：
（公章）年月日
项目分工与计划进度安排
1、项目相关单位及具体分工
单位
具体分工
项目申请单位
钦州供电局、钦州供电局浦北供电公司
协作单位1
配电网电能质量问题调研,项目理论研究，进行算法设计和仿真研究,试制样机,样机的安装调试和试运行,并进行相关培训
协作单位2
协作单位3
2、计划进度安排
任务名称
开始时间
完成时间
主要内容及交付项
项目研究
2016.07.01
2016.12.31
1、搜集资料，调研文献，理论研究，
2、控制算法的设计与改进
3、使用PSCAD软件仿真研究
4、交付《项目研究报告》。
系统与装置设计
2017.01.01
2017.03.31
一次电路设计、控制电路设计、结构设计、后台软件架构设计；
后台与样机研制与实验
2017.04.01
2017.08.31
1、控制电路板的制作与调试、改进；
2、控制软件的编写与调试、改进；
3、样机的组装与实验、改进
4、后台软件的设计与编写
5、交付《样机研制报告》
现场实验
2017.09.01
2017.11.30
1、生产最终的样机，现场试运行
2、相关人员培训
3、交付样机2台
4、交付《产品使用手册》、《试运行报告》
项目验收
2017.12.01
2017.12.31
整理文件，组织项目验收，交付《研究总结报告》
项目组成人员情况
序号
姓名
年龄
职称、职务
工作单位
任务分工
1
工程师、副总经理
钦州供电局浦北供电公司
项目负责人
2
工程师、专责
钦州供电局
技术指导、工作协调
3
工程师、主任
钦州供电局
技术指导、工作协调
4
工程师、主任
钦州供电局浦北供电公司
选择项目实施点、协助安装及监控数据收集
5
工程师、副主任
钦州供电局浦北供电公司
选择项目实施点、协助安装及监控数据收集
6
助理工程师、专责
钦州供电局浦北供电公司
选择项目实施点、协助安装及监控数据收集
7
工程师、专责
钦州供电局
技术支持、指导
8
高级技师、专责
钦州供电局
技术支持、指导
9
助理工程师、班长
钦州供电局浦北供电公司
现场安装、调试
10
班员
钦州供电局浦北供电公司
现场安装、调试
11
助理工程师、副班长
钦州供电局
技术支持、指导
一、目的和意义
在配电网中，由于用电负荷的各异性，电力谐波、无功和三相不平衡等电能质量的各种问题往往是并存的，它们会给电网和电力用户带来多种危害，比如：
使供电设备容量增大、变压器损耗增大、开关和继电保护误动作、电动机和发电机的效率降低、电力电缆的费用增加等等。
随着经济的不断发展，在安全、经济供电的基础上，用户对电力企业提出了更高的优质供电需求。
广西电网有限责任公司严格要求供电质量，针对越来越严重的电能质量问题，积极研究应对方法，为此立项“配电台区电能质量综合治理应用研究”项目，研究配电台区的电能质量综合治理装置和监控软件平台。
研究目标要求该装置应连续动态地补偿无功功率、平衡三相负荷、抑制电流谐波等功能，以有效改善低压配电网的电能质量问题，起到减少干扰、提高供电质量和供电可靠性、降低线损等积极作用，力争有效解决电网和电力用户所遇到的电能质量问题。
二、项目研究的背景
近年来，随着我国工业化程度的不断提高，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路等非线性、冲击性负荷不断增加。
这些负荷的非线性、冲击性和不平衡特性或者使得电网中的电压、电流波形发生畸变，或者引起电压波动、闪变和三相不平衡。
与此同时，半导体电子工业的迅猛发展导致了大批精密仪器和高档家电的产生，这些设备对电能质量非常敏感，特别是在重要的工业生产过程中，供电的中断或波动将带来巨大的经济损失。
为了适应国民生产的发展，低压配电网迫切需要具备连续无功补偿能力、平衡负载和治理谐波的综合补偿装置。
用户电力技术（CustomPower）是美国电力科学研究院（EPRI）的N.G.Hingorani博士继在1986年提出柔性交流输电技术（FACTS：
FlexibleACTransmissionSystem）之后，于1988年针对配电网中供电质量问题提出的新概念。
其主要内容是：
对供电质量的各种问题采用综合的解决办法，在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。
FACTS技术和用户电力技术都是以大功率可控硅为基础，与传统的电力系统技术相比具有精确、快速、灵活等特点，是解决电能质量问题的有效手段。
根据解决问题的出发点不同，这两种技术分属于系统侧技术与用户侧技术。
柔性输电装置侧重于输电系统，具有工作电压高，装置容量大等特点；用户电力装置侧重于配电系统，具有工作电压低，装置容量小等特点。
尽管两种技术的侧重点不同，使用目的和经济评价标准不同，但是在使电网高度柔性化，提高输电能力的效果上二者是一样的，因此可以把它们看作是同一种技术在电力系统中不同方面的应用。
因此，目前很多专家倾向于把用户电力技术用D-FACTS表示，或者用FACTS泛指柔性交流输电系统和用户电力两种技术。
作为用户电力技术的杰出代表，D-STATCOM（同步静止无功发生器）可以连续、动态的补偿无功功率，平衡三相功率，而且可控域较大，即可补偿感性无功，又可补偿容性无功；APF（有源电力滤波器）可以抑制电流谐波。
特别是，同类型的D-STATCOM和APF在结构上完全相同，因此只要控制算法得当，可以在一台装置上实现D-STATCOM和APF两种补偿装置的的功能。
这就是本项目的主要研究内容——配电台区电能质量综合治理装置。
三、项目申请单位具备的研究基础和条件
1.项目负责人及团队主要人员简介；
项目负责人：
王家福，男，本科，工程师。
项目负责人技术扎实，长期从事配电管理工作，具有比较丰富的工作经验。
其将在该项目中承担较大的工作量，带领项目小组成员完成该项目的顺利实施。
2.项目申请单位在相关研究领域曾开展的工作、曾取得的科研成果、曾获得的荣誉；
钦州供电局
在钦州智能配网系统建设中取得丰富的电网自动化建设经验，有着年轻而富有冲劲的建设团队。
钦州供电局的科技项目曾多次获广西电网公司科技进步二等奖、专利二等奖。
浦北供电公司
基础管理较好，配电管理人员多人多次到市局设备部、基建部、城区分局挂职学习，掌握了一定的科技项目实施、管理经验。
3.项目申请协作单位在相关研究领域已有的软硬件平台、理论研究环境、实验室条件等。
钦州供电局硬件、团队上，有“唐泽渊劳模工作室”，工作室有着一批有年轻的骨干成员，其中广西电网公司助理级技术专家3人、钦州供电局后备技术专家1人、高级工程师5人、高级技师10人。
四、项目研究内容、技术路线与实施方案
1.项目研究内容的详细说明
主要研究内容
1主要技术内容
后台监控软件
“配电台区电能质量综合治理应用研究”项目包括后台监控软件和综合治理装置。
后台监控软件能实时监控综合治理装置的运行状态，监控负荷的电能质量指标以及治理后系统侧的电能质量指标，同时还可以通过后台控制综合治理装置的投入、退出、工作方式、输出容量等。
硬件电路
所研制的配电台区电能质量综合治理装置的硬件电路包括一次侧和二次侧两部分。
一次侧电路包括四桥臂双电平逆变器和滤波电路，以及信号采集端。
二次侧电路包括电源电路、测量电路和控制电路。
一次侧的信号采集端采用霍尔电流传感器采集装置两侧的系统电流和负载电流，并将信号送入二次侧的测量电路。
二次侧的测量电路同时还采集了三相系统电压以及逆变器的直流电压，并将测量结果传送给控制电路。
经过控制电路的分析与计算，由控制电路发出相应的PWM信号，驱动一次侧的逆变器工作，实现装置的动态无功补偿、平衡三相电流和抑制电网谐波的功能。
控制系统
控制系统采用双DSP结构，DSP芯片采用美国TI公司的TMS320F2812。
主控芯片实现所有的控制算法，辅控芯片实现人机交互功能。
整个控制系统主要由如下几部分电路构成：
采样电路，PWM驱动电路，遥信遥控电路，人机接口电路。
电流采样
在配电台区电能质量综合治理装置的数字控制系统中，参考电流的提取方法有很多种，较常用的一种是基于
坐标变换的瞬时功率方法，该方法物理意义清晰，不过其效果受电压谐波的影响较大。
本项目在研究过程中，将改进该方法，或设计出一种新的方法，以适应实际电力系统的各种复杂工况。
延时问题
理论上的算法应用到工程实际中，会有很多细节性的工程问题影响算法的效果，对新型配网电能质量补偿装置而言，延时问题——包括采样延时、计算延时和控制延时——就是一个必须加以考虑的工程问题，如果不加以解决，将严重影响装置的谐波补偿效果。
本项目在研究过程中，将在控制算法中加入延时补偿技术，比如预测算法，力争有效解决延时问题，从而取得好的控制效果。
2主要技术难点
1）装置电路和结构的设计；
2）信号采集及DSP数字控制技术；
3）补偿参考电流信号提取技术；
4）直接PWM控制方法的理论研究与应用；
5）控制延时的补偿技术；
6）负荷波动状况下的动态跟踪补偿技术；
2.项目研究拟采用的技术路线
采用理论分析、仿真研究、动模实验和现场实际相结合的技术路线：
1）组织经验丰富、具有较高专业研究水平的研究小组。
2）开展充分的文献调研，进行切实可行的系统分析和方案设计，重点攻克技术关键。
3）对所设计的方案进行仿真研究，以完善、确定最优方案。
4）在分析设计和仿真研究的基础上组装产品样机，制作控制器。
5）进行动模实验，及早发现问题并进行修正。
6）在实际现场进行设备试运行，积累经验。
7）根据现场运行经验完善设备。
8）进行项目验收。
3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系
“配电台区电能质量综合治理应用研究”项目的理论研究将紧紧围绕项目的总目标，研制综合治理装置及其后台监控软件。
无功补偿的仿真与试验为了验证设备能有效提高功率因数，减小线路损耗，提高变压器效率。
谐波补偿的仿真与试验为了验证设备能有效消除谐波电流，减小由于谐波干扰引起的信号系统故障，保护误动作等，有效提高系统运行稳定性。
治理三项不平衡试验为了验证设备治理三相不平衡的效果。
响应时间试验确保设备在极短时间内投入补偿
4.需要多家单位共同承担的项目，需要写明各家的分工、职责和提供的成果；项目的组织方式；合作方式、知识产权和成果分享的初步方案；
申请单位进行项目的组织、现场调研、理论研究和现场试运行实验，协助协作单位进行后台监控软件的规划和装置设计。
协作单位1进行系统开发和样机研制，负责动模实验和现场实验，并对相关人员进行相关培训工作。
要交付样机5台进行现场实验。
申请单位和协作单位1共同完成论文、专利、软件著作权等成果。
项目的科研成果归双方共同所有，双方可分别使用成果，可单独利用成果进行报奖，但不可以单方面进行成果的转让或向第三方授权。
5.外委的工作内容和工作量；
序号
外协内容
工作量
1
算法的设计和仿真研究
90工作日
2
装置电路和结构的设计
60工作日
3
元器件的选型和样机制作和改进
100工作日
4
控制器的设计和程序的编写
100工作日
5
样机试验、调试和相关培训
100工作日
6
后台监控软件的开发
100工作日
6.需要国际合作，要写明与外方的合作方式、知识产权和成果分享的初步方案，及以前的工作联系；
7.对于装置、设备开发的项目，要提出装置或设备的开发计划及设计方案。
先搜集资料和文献，对项目进行理论研究，根据理论研究的结果，进行算法设计和仿真实验。
然后设计电能质量综合治理装置，同时开始研发装置的控制器、编写控制软件，在此基础上研制成功装置样机。
对装置进行动模实验和调试，并根据实验中发现的进行样机的软件和硬件改进。
最后对相关人员进行培训，并作出总结报告。
在整个项目中，需要对电能质量综合治理装置进行各种设计和试验，这包括：
1、设备硬件、软件总体结构设计；
2、设备元器件选型、图纸设计，样机组装；
3、控制系统的分析、设计与制作；
4、软件开发与调试；
5、动模实验；
6、设备现场安装、调试、试运行。
具体开发内容和开发计划如下：
调研与理论研究
2016.07.01
2016.09.30
搜集资料，文献调研，现场调研，理论研究
控制及仿真研究
2016.10.01
2016.12.31
控制算法研究和设计，并使用PSCAD软件仿真研究，根据仿真对算法进行改进
装置设计
2017.01.01
2017.03.31
一次侧主电路设计，器件选型，结构设计
控制器设计
2017.01.01
2017.03.31
控制器设计与制作，控制软件编写，交付《产品使用手册》
研制样机
2017.04.01
2017.06.30
器件采购与订制、产品装配，交付产品样机5台
控制软件编写
2017.04.01
2017.06.30
根据算法，设计并编写装置的嵌入式控制软件
后台软件开发
2017.04.01
2017.06.30
设计并编写项目的后台监控软件
动模实验
2017.07.01
2017.08.31
进行动态模拟实验，根据实验结果改进样机，完善控制程序和后台软件
现场实验
2017.09.01
2017.11.30
现场安装、调试设备，挂网试运行
总结与验收
2017.12.01
2017．12.31
整理项目结题文档，组织项目验收
五、预期目标和成果形式
1.项目研究预期达到的目标、技术经济指标；
预期目标及创新点
对配电台区进行电能质量综合治理，要能连满足续快速的补偿无功功率，补偿电流谐波，补偿三相负荷不平衡。
适用于低压配电网系统，在负荷快速波动以及负荷电流含有谐波的情况下，尤其能体现出其相对于其它静止无功补偿装置的优越性，而且具有以下功能：
1.连续快速的无功补偿能力：
克服了投切式电容器不能连续补偿的弱点，且补偿容量准确可控，不因接入点电压的降低而降低。
而且不仅能补偿感性无功，还具备补偿容性无功的能力。
2.补偿三相负荷的不平衡：
能够通过补偿负序和零序电流的方式平衡三相负荷，从而使得补偿后的系统呈现对称平衡负荷特性，减小中线电流，降低损耗。
3.电流谐波治理：
可以抑制负荷电流中各主要谐波，使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。
在瞬时有功无功理论的基础上，自主创新的参考电流计算方法保证了良好的谐波补偿效果。
4.多种保护功能：
具备过流、过压、欠压、温度、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行；并且在需求补偿量较小时可自动退出运行，在需求补偿量变大后可自动重合闸重新投入运行，以确保运行的经济性。
5.多种通信方式：
带有串口通讯，还可扩展出GPRS无线通信，便于维护和管理。
项目的创新点主要有：
1．设计新的参考电流提取方法，该方法要具有计算简单，控制效果不受电压谐波的影响，且应用时不需要精确测定三相电压的相序，能使得安装调试十分方便；
2.提出直接PWM方法，该方法要具有控制效果好，电压利用率高，且不需要坐标转换，计算简单，能利于在数字控制系统实现；
3.延时补偿技术的应用，以改善补偿效果；
4.连接电抗的优化设计，避免谐波情况下可能引起的铁心饱和问题，降低电抗的噪声；
5．后台监控软件的开发和应用，使治理装置可视、可控、易维护。
主要技术经济指标
设备的基本电气参数：
①额定电压：
380V，允许偏差±20%；，50Hz；②控制电压：
AC220V③额定容量：
±120kVar；④额定电流：
±180A；
设备能承受的环境指标：
①环境温度：
－40°C~＋50°C；②海拔高度不超过2000m；③使用环境无较强的的振动与冲击；④使用环境无腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质存在，不得含有爆炸危险的介质，无严重的霉菌存在；
在补偿容量范围内，设备所能达到的技术指标：
①功率因数平均不低于0.95；②补偿后三相不平衡度小于5%，零线电流不大于10A；③电流谐波畸变率符合国家标准规定。
2.研究成果
提供的最终成果（含最终成果形式及成果验收标准）
最终成果形式:
1成果（级别、数量）
形成第6级成果1项。
本项目研制配电台区电能质量综合治理装置5台，完成后台监控软件1套。
完成《项目研究报告》、《样机研制报告》、《产品使用手册》、《试运行报告》、《研究总结报告》各1份。
2项目最终形成的标准（级别、数量）
无
3项目形成的论文（级别、数量）
投稿南网技术论坛1篇、发表一般省部级期刊1篇。
4项目形成的专利（级别、数量）
申请实用新型专利2项。
5项目建设过程中的人才培养说明：
电能质量问题研究方面培养2人，电能质量综合治理装置设计方面培养2人，软件仿真方面培养2人，系统应用方面培养5人。
六、配套科技应用示范项目落实情况
编写要求：
如研究工作需开展配套科技应用示范项目工程建设，需说明工程选点、配套工程实施条件是否具备或条件落实情况，需跨部门或跨单位实施的应用示范项目，需出具工程依托单位（部门）承诺提供相关条件的证明文件。
七、内部查新情况
本处仅填写查新报告的结论部分，如本查新项目的研究内容与公司内部查新范围内的项目相比不重复（或重复、部分重复）、具有创新性（局部有创新性、无创新性）。
查新报告（模板）见附件1。
八、
项目经费预算
合 计
2017年
2018年
20××年
研究开发费（万元）
45
25
20
资本性支出（万元）
53
23
30
项目总经费（万元）
98
48
50
预算支出科目
金额（万元）
98
总金额
其中：
外委部分金额
备注
一、研究开发费合计
45
43
研发费
用
1、人工费
20
20
附件1
2、材料费
0
0
3、现有仪器设备使用费
0
0
4、测试化验加工费
5
5
5、燃料动力费
1
1
6、差旅费
6
4
7、会议费
0
0
8、国际合作与交流费
0
0
9、出版印刷/文献/信息传播/知识产权事务费
3
3
10、技术培训费
2
2
11、劳务费
0
0
12、专家咨询费
3
3
13、管理费
5
5
二、资本性支出合计
53
8
资本性支出
1、设备费
45
——
（1）购置设备费
45
——
附件2
（2）试制设备费
0
——
（3）软件购置费
0
——
2、安装调试费
5
5
3、其它费用
3
3
总计
98
51
九、经费预算详细说明
数量（单位）
预算单价（万元）
预算（万元）
合计（万元）
1、人工费
高级研究人员
5人数*工作月）
2/（人·月）
10
20
其他研究人员
10人数*工作月）
1.0/（人·月）
10
2、材料费
3、测试化验加工费
装置的功能试验
1次
3
3
5
控制器的电磁兼容试验
1次
2
2
4、燃料动力费
电（可单独计量）
1项
1
1
1
5、差旅费
平均出差人数
5
0.04/（人·月）
6
6
出差次数
6
平均出差天数
5
6、会议费
7、国际合作与交流费
0
0
8、出版印刷/文献/信息传播/知识产权事务费
出版印刷/文献/信息传播/知识产权事务费
3
3
9、技术培训费
培训人次
5人次
0.02/（人·学时）
2
2
培训时间
20学时
10、劳务费
0
0
11、专家咨询费
咨询专家人次
3
0.1/（人·日）
3
3
天数
10
12、管理费
5
5
一十、有关证明文件
编写要求：
1.科技应用示范项目依托工程单位对项目的意见及盖章；
2.申请单位已有工作基础证明材料（参与项目结题证明，荣誉证书、软硬件平台照片）；
附表1现有仪器设备使用明细表（单价5万元以上）
单位：
万元
序号
设备
名称
设备
型号
单价
数量
（台件）
总价
隶属
单位
设备
状况
购置
时间
使用费计算单价
附表2仪器、设备购置预算明细表（单价5万元以上）
单位：
万元
序号
设备
名称
单 价
（万元/台件）
拟购置数量（台件）
总价
备注
1
配电台区电能质量综合治理装置
9
5
45
单价5万元以上设备
合计
9
5
45
单价5万元以下设备
累计
9
5
45
附表3仪器、设备试制预算明细表（单价5万元以上）
单位：
万元
序号
设备名称
单台价值（万元/台件）
拟试制数量（台件）
总价
备注
单价5万
升级会员 