安科瑞 陳(chén)聰

  摘 要：低壓配電(diàn)係統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償(cháng)是電(diàn)能(néng)質量治理的重要環節(jié)。在傳統無功補(bǔ)償(cháng)中，響應(yīng)速(sù)度較慢，補償(cháng)電(diàn)流呈階(jiē)梯(tī)式，存在(zài)過(guò)補(bǔ)或(huò)欠補(bǔ)的(dí)現(xiàn)象(xiàng)，有時未(wèi)必能到達(dá)理想的效(xiào)果(guǒ)。為了解(jiě)決這一問(wèn)題(tí)，人(rén)們提(tí)出了一種(zhǒng)無(wú)功(gōng)補償綜(zōng)合控製(zhì)方法(fǎ)，通(tōng)過采集電力(lì)係(xì)統(tǒng)中(zhōng)的電(diàn)壓，電流(liú)及功率，實(shí)時協調控(kòng)製(zhì)LC（電(diàn)容電(diàn)抗）和(hé)SVG（靜止(zhǐ)無功(gōng)發生器(qì)）模(mó)塊進(jìn)行混合補(bǔ)償，又稱(chēng)智(zhì)慧型(xíng)動(dòng)態(tài)無功補償，可(kě)以(yǐ)實(shí)現補(bǔ)償(cháng)電流的連續(xù)輸(shū)出(chū)。將(jiāng)方案應(yīng)用於工程(chéng)實(shí)際中(zhōng)，結(jié)果(guǒ)表明該(gāi)方(fāng)案(àn)可以有效地(dì)改(gǎi)善供電質(zhì)量(liáng)，提(tí)高係(xì)統功率因(yīn)數。

關(guān)鍵詞：電(diàn)能(néng)質(zhì)量；無(wú)功補償綜合控製(zhì)；LC；靜止無功(gōng)發(fā)生(shēng)器；智慧(huì)型動態無(wú)功(gōng)補償

0 引言

隨(suí)著(zhuó)現(xiàn)代(dài)社會經(jīng)濟(jì)和文化的不斷發展，陶瓷生(shēng)產(chǎn)行業的整(zhěng)體用電量激增(zēng)，但(dàn)同(tóng)時也(yě)帶來了一係(xì)列(liè)的(dí)電(diàn)能質量問題，陶(táo)瓷生產企(qǐ)業的主(zhǔ)要負荷(hé)有(yǒu)滾(gǔn)壓成(chéng)型機，球磨機等，例如球磨機采用變(biàn)頻(pín)驅動(dòng)。由於原材(cái)料體(tǐ)積不(bù)規(guī)則，球磨機運行衝擊電(diàn)流較(jiào)大，同(tóng)時產生3，5，7次(cì)等諧波(bō)，導致(zhì)傳(chuán)統(tǒng)無功補(bǔ)償(cháng)響(xiǎng)應跟(gēn)不上，電容器(qì)損(sǔn)壞較多，功率因數較(jiào)低，影(yǐng)響(xiǎng)了(liǎo)電力係(xì)統的(dí)穩(wěn)定(dìng)，

1 無功補(bǔ)償概述

在交流(liú)電力(lì)係(xì)統中(zhōng)，絕大多數負(fù)載(zǎi)都是感性(xìng)負(fù)載，如變壓(yā)器(qì)，電動機(jī)，壓(yā)縮(suō)機，空調等，其等效電路(lù)可看(kàn)作電阻(zǔ)R和(hé)電(diàn)感(gǎn)L的(dí)串聯電(diàn)路，如(rú)下(xià)圖4所示。

圖4-供(gōng)電係統等(děng)效電(diàn)路 圖(tú)5-功率因(yīn)數(shù)得到(dào)提(tí)高

由(yóu)圖(tú)5的(dí)相量圖可(kě)知，沒有(yǒu)投入(rù)電容C時，電(diàn)壓(yā)U和電流(liú)I的相(xiāng)位角(jiǎo)為φ1，投入(rù)電容C後，電壓U和電流I的(dí)相位(wèi)角為(wéi)φ2，電壓(yā)電(diàn)流(liú)的相位角(jiǎo)減小(xiǎo)了，則(zé)係統(tǒng)的功(gōng)率(shuài)因(yīn)數得(dé)到了提升。當容性(xìng)負(fù)荷(hé)釋放能量(liáng)時，感性(xìng)負荷吸收能(néng)量(liáng)；而(ér)感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷吸(xī)收(shōu)能(néng)量，能量(liáng)在兩(liǎng)種負荷之間交換(huàn)，如圖(tú)6所(suǒ)示。這樣，感性(xìng)負(fù)荷(hé)所吸收的(dí)無(wú)功功率(shuài)可從容性負(fù)荷(hé)輸(shū)出的(dí)無(wú)功功率(shuài)中得(dé)到補償，不僅可(kě)以提(tí)高(gāo)功(gōng)率因(yīn)數和(hé)係統(tǒng)電壓，還(huán)能有(yǒu)效(xiào)地減少係統(tǒng)電能(néng)損耗。

圖(tú)6-容性負(fù)荷和感(gǎn)性(xìng)負荷的能(néng)量(liáng)交(jiāo)換(huàn)

從無功相(xiāng)位角(jiǎo)度進(jìn)行(háng)分(fēn)析，純(chún)阻性負載的電壓和電流(liú)同(tóng)相位，感性負載(zǎi)的(dí)電(diàn)壓超前(qián)電流，容性負(fù)載(zǎi)的(dí)電(diàn)壓滯後(hòu)電流(liú)，如(rú)圖7所示。

圖(tú)7-無(wú)功(gōng)的(dí)相位(wèi)分(fēn)析

2 無功(gōng)補償的(dí)形式

2.1 LC無功補(bǔ)償

LC無功補償(cháng)屬於傳(chuán)統(tǒng)的(dí)電容(róng)補(bǔ)償(cháng)，工作時(shí)並聯(lián)在電(diàn)力(lì)係統中(zhōng)，根據(jù)電(diàn)網中(zhōng)負(fù)載功率因數的(dí)變化(huà)，控(kòng)製(zhì)電(diàn)力電(diàn)容器投(tóu)切(qiē)進行無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)。其原理為(wéi)：通過CT采集電(diàn)壓，電(diàn)流(liú)信(xìn)號(hào)，再(zài)由(yóu)控(kòng)製器計算出投切(qiē)方(fāng)案，控(kòng)製(zhì)投(tóu)切開關(guān)（復合開關，晶閘管開關(guān)等(děng)）對(duì)各組(zǔ)電力(lì)電(diàn)容器(qì)進行投(tóu)切(qiē)。如圖8所示。

圖(tú)8-LC無功補償的(dí)工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)

2.2 SVG無功補(bǔ)償

SVG屬(shǔ)於有源(yuán)型無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)設備(bèi)，它將三相橋式電(diàn)路通過電(diàn)抗(kàng)器(qì)並(bìng)聯到電網(wǎng)，根據係統的無功(gōng)功(gōng)率，通過(guò)IGBT功率(shuài)變換器(qì)輸出(chū)滿足(zú)要(yào)求的(dí)容性或感性(xìng)基波電流(liú)，從(cóng)而實現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補償(cháng)，不會出現過(guò)補或(huò)欠(qiàn)補現象，且補償(cháng)平(píng)滑，不會產(chǎn)生(shēng)對負載(zǎi)和(hé)電網的湧(yǒng)流衝(chōng)擊。其原理(lǐ)如(rú)圖(tú)9所示。

圖9-SVG無功補償的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)

2.3 智慧型(xíng)動態無功補償

LC補償在(zài)負(fù)荷變(biàn)化(huà)較(jiào)快(kuài)或存在衝(chōng)擊負(fù)荷的場合無(wú)法做到(dào)快(kuài)速響應(yīng)，易(yì)出現過(guò)補(bǔ)或欠補，其次LC補償(cháng)裝置中的(dí)並(bìng)聯(lián)電容器(qì)對諧波(bō)電流具(jù)有放大(dà)作用，容易引(yǐn)起(qǐ)係統(tǒng)諧振，但在成本上較為(wéi)經濟(jì)。SVG可對(duì)感性(xìng)和容(róng)性無功進行連(lián)續快(kuài)速補(bǔ)償，避(bì)免(miǎn)過補和(hé)欠(qiàn)補的發生，且(qiě)不(bù)會與係統或(huò)負(fù)載設備(bèi)產生(shēng)諧振(zhèn)，適用(yòng)於(yú)負載快速變化(huà)的(dí)場合，但(dàn)其成(chéng)本也相(xiāng)對(duì)較高(gāo)。

鑒於上述(shù)兩(liǎng)種補(bǔ)償方式(shì)的(dí)優缺(quē)點，人們通(tōng)過(guò)研究設(shè)計出(chū)來一種(zhǒng)用(yòng)於無功補償(cháng)的(dí)新(xīn)型電(diàn)力(lì)電子(zǐ)裝置——智慧型動(dòng)態無(wú)功補償裝置(zhì)。它采用了(liǎo)一種無(wú)功補償(cháng)綜合控(kòng)製方(fāng)法(fǎ)，加入控製器來(lái)控製SVG模塊(kuài)和LC模(mó)塊投(tóu)切，用SVG模塊(kuài)的快(kuài)速響應(yīng)，準確補償(cháng)的(dí)特性來(lái)彌補(bǔ)LC模(mó)塊響(xiǎng)應速(sù)度慢，分級(jí)補償(cháng)的缺點，相(xiāng)對於全SVG補償(cháng)又降(jiàng)低了(liǎo)成(chéng)本。其補償原理如圖(tú)10所示(shì)，檢(jiǎn)測(cè)補償(cháng)對象的(dí)電壓和(hé)電流(liú)，經指令(líng)電流(liú)運算電(diàn)路計(jì)算(suàn)得出(chū)補(bǔ)償(cháng)電(diàn)流的指令(líng)信號，該信號經(jīng)補償(cháng)電(diàn)流發生電路放(fàng)大(dà)，得(dé)出補償電流(liú)，然後(hòu)通過(guò)控製(zhì)器控製(zhì)SVG模塊先行(háng)投入補償(cháng)，隨後(hòu)投入LC模塊(kuài)，調節SVG模塊輸出(chū)電(diàn)流以滿足無功(gōng)需求，使功(gōng)率(shuài)因(yīn)數(shù)達到設(shè)定(dìng)值(zhí)。

圖10-智(zhì)慧型動(dòng)態無功補償的(dí)工(gōng)作原理

LC補償（電(diàn)容補償）和(hé)LC+SVG補償（智慧(huì)型(xíng)無功(gōng)補(bǔ)償）的補(bǔ)償曲綫對比(bǐ)如圖11，圖12所(suǒ)示。

圖11-電容(róng)補償 圖12-智慧型(xíng)無(wú)功補償

3 智慧型無(wú)功補(bǔ)償(cháng)的工業(yè)應用案(àn)例

江蘇某(mǒu)陶瓷(cí)生(shēng)產(chǎn)企(qǐ)業的(dí)主要(yào)負荷為球(qiú)磨機(jī)，在運行(háng)時的(dí)電流(liú)衝擊很大，現場諧波(bō)以3，5，7次為主，影(yǐng)響(xiǎng)了(liǎo)電力(lì)係(xì)統(tǒng)的穩定(dìng)，導致(zhì)補(bǔ)償(cháng)電容器損壞較多，係(xì)統功率(shuài)因數較低。現場(cháng)配電(diàn)房(fáng)的變壓器(qì)容量(liáng)為1600kVA，原(yuán)電容(róng)櫃(guì)裝(zhuāng)機容(róng)量(liáng)300kvar。智慧型(xíng)無功補償(cháng)方(fāng)案應用前(qián)後(hòu)的電能質(zhì)量(liáng)數據(jù)如圖14，圖15所示。

圖(tú)14-智(zhì)慧型(xíng)無功補(bǔ)償(cháng)應(yīng)用前的電(diàn)能(néng)質(zhì)量(liáng)數(shù)據

圖15-智慧(huì)型無功(gōng)補償應用(yòng)後的(dí)電能(néng)質量(liáng)數(shù)據

根據現(xiàn)場工況(kuàng)，我們采(cǎi)用(yòng)安(ān)科瑞LC+SVG綜(zōng)合控(kòng)製的智(zhì)慧型無功(gōng)補償(cháng)方(fāng)案(àn)，由(yóu)前(qián)期測(cè)量(liáng)數據(jù)估(gū)算所需整(zhěng)櫃容(róng)量(liáng)為(wéi)500kvar（兩台250kvar，主(zhǔ)輔櫃），另外考(kǎo)慮現(xiàn)場諧波(bō)以3，5，7次(cì)為(wéi)主(zhǔ)，LC電容補(bǔ)償(cháng)采用電抗率14%的電抗(kàng)器(qì)與補償(cháng)電容進行串聯(lián)匹配，更能(néng)有(yǒu)效(xiào)的抑製諧(xié)波(bō)和保(bǎo)護電容(róng)器。通(tōng)過控製器協(xié)調ANSVG-S-G 100kvar模塊與(yǔ)電容(róng)器(qì)同時(shí)進(jìn)行(háng)無功(gōng)輸(shū)出，對(duì)比治(zhì)理(lǐ)前後的數據，功率因數(shù)由0.87提升到0.98，因(yīn)為SVG在無功(gōng)補(bǔ)償的同時(shí)也能治理(lǐ)部分(fēn)諧(xié)波(bō)，所(suǒ)以(yǐ)B相的電(diàn)流(liú)畸(jī)變率由原來的(dí)23.28%降低到(dào)9.06%，達到了明(míng)顯(xiǎn)的治理(lǐ)效果。表1為(wéi)單台裝(zhuāng)機容(róng)量250kvar智(zhì)慧(huì)型動態無功(gōng)補(bǔ)償裝(zhuāng)置(zhì)主要設(shè)備元件的配(pèi)置(zhì)方(fāng)案(àn)。

表1-單(dān)台(tái)250kvar智(zhì)慧型動(dòng)態(tài)無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)裝置(zhì)主要設備(bèi)元(yuán)件配置(zhì)方(fāng)案

4 結束(shù)語

本(běn)文對安(ān)科瑞智(zhì)慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償(cháng)方案進(jìn)行了簡述，該(gāi)方案融(róng)合(hé)了LC補償(cháng)和SVG補(bǔ)償的(dí)優勢(shì)，實(shí)時協調(tiáo)控製電(diàn)容(róng)器(qì)和SVG補(bǔ)償(cháng)模塊進(jìn)行混合無功補償(cháng)，確(què)保(bǎo)了無功補償(cháng)的快(kuài)速性，連(lián)續性和(hé)準(zhǔn)確性，同時(shí)方案成本也能被(bèi)大多(duō)數(shù)企業所接受(shòu)。通過(guò)工程(chéng)實際(jì)案(àn)例的(dí)應用，對比(bǐ)方案前(qián)後(hòu)的治理效果，提(tí)高(gāo)了(liǎo)係(xì)統(tǒng)功(gōng)率(shuài)因(yīn)數，同(tóng)時(shí)也(yě)治理(lǐ)了(liǎo)諧波(bō)，改善了企業的(dí)用電環境，降低了(liǎo)企業(yè)電(diàn)能質(zhì)量治理投入的大成(chéng)本，有(yǒu)利(lì)於企(qǐ)業的經營和(hé)生產(chǎn)，為企(qǐ)業(yè)創(chuàng)造(zào)了(liǎo)價值。

參(cān)考文獻(xiàn)

[1] GB 50227—2017 並聯(lián)電(diàn)容器裝置(zhì)設(shè)計規範(fàn)

[2] GB／T 15576-2020 低壓成(chéng)套無(wú)功功率(shuài)補償裝置

[3] DL／T 1216-2019 低壓靜止(zhǐ)無(wú)功(gōng)發(fā)生裝(zhuāng)置技術規範

[4] 安(ān)科瑞(ruì)企業微(wēi)電網設計(jì)與(yǔ)應用(yòng)手冊(cè)2022.05版

[5] 王(wáng)兆安(ān).諧(xié)波(bō)抑製和(hé)無功補償(cháng).機(jī)械(xiè)工業(yè)出版社

[6] 黃春光(guāng).一(yī)種(zhǒng)低壓配電(diàn)係統無功(gōng)補償綜合控(kòng)製(zhì)方法(fǎ).電氣技術(shù)-第7期(qī)