安科瑞智(zhì)慧型(xíng)動態無(wú)功補償的工(gōng)業(yè)應用—— 以江(jiāng)蘇某(mǒu)陶瓷生產企業(yè)配(pèi)電(diàn)房改造為例

安(ān)科(kē)瑞(ruì) 鮑(bào)靜君(jūn)

　　摘(zhāi) 要：低(dī)壓配(pèi)電係(xì)統的無(wú)功(gōng)補償是電能(néng)質量(liáng)治(zhì)理的(dí)重要環(huán)節。在傳統無功補償中，響應速度(dù)較慢(màn)，補償(cháng)電流呈階梯式(shì)，存(cún)在過補(bǔ)或欠補(bǔ)的現(xiàn)象(xiàng)，有時未(wèi)必(bì)能到(dào)達理想的(dí)效果。為了解(jiě)決這一(yī)問(wèn)題，人(rén)們提出(chū)了一(yī)種無(wú)功補(bǔ)償綜(zōng)合(hé)控(kòng)製方法，通(tōng)過(guò)采集(jí)電力係(xì)統(tǒng)中(zhōng)的電壓，電(diàn)流及功(gōng)率，實(shí)時協(xié)調(tiáo)控製(zhì)LC（電容電抗(kàng)）和(hé)SVG（靜(jìng)止(zhǐ)無功發生(shēng)器）模塊進行混合補(bǔ)償，又稱智(zhì)慧型動(dòng)態無(wú)功(gōng)補償(cháng)，可(kě)以(yǐ)實現(xiàn)補(bǔ)償(cháng)電(diàn)流的(dí)連續(xù)輸出。將此(cǐ)方(fāng)案(àn)應用於工(gōng)程(chéng)實(shí)際(jì)中，結(jié)果(guǒ)表明(míng)該(gāi)方案可以有(yǒu)效(xiào)地(dì)改善供(gōng)電質量(liáng)，提高(gāo)係統功率(shuài)因數。

　　關(guān)鍵詞：電能(néng)質量；無功補償綜合控製；LC；靜(jìng)止(zhǐ)無功發(fā)生(shēng)器；智慧(huì)型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償(cháng)

　　0 引言

　　隨(suí)著(zhuó)現代社會經(jīng)濟和文化的不(bù)斷發展，陶(táo)瓷生(shēng)產(chǎn)行(háng)業的整體用電(diàn)量激(jī)增，但同(tóng)時也(yě)帶(dài)來(lái)了一係列的電(diàn)能(néng)質量(liáng)問(wèn)題，陶瓷(cí)生產企業的(dí)主要負荷有(yǒu)滾壓成型機，球(qiú)磨機等，例(lì)如球磨機采用(yòng)變(biàn)頻(pín)驅動。由(yóu)於原材料體積不規則，球(qiú)磨機運行衝(chōng)擊(jī)電(diàn)流較大，同時(shí)產(chǎn)生3，5，7次等(děng)諧波(bō)，導致傳(chuán)統無功補(bǔ)償響應跟(gēn)不上，電(diàn)容器損(sǔn)壞(huài)較多，功(gōng)率(shuài)因數(shù)較低(dī)，影響了電力(lì)係(xì)統(tǒng)的穩定，

　　1 無功補(bǔ)償概(gài)述

　　在(zài)交流(liú)電力(lì)係統(tǒng)中，絕大多數負(fù)載都是(shì)感性(xìng)負載，如變壓(yā)器，電動機，壓(yā)縮(suō)機，空(kōng)調等，其等(děng)效電(diàn)路(lù)可(kě)看(kàn)作電(diàn)阻R和電(diàn)感(gǎn)L的串聯電路(lù)，如(rú)下(xià)圖4所示。

圖4-供(gōng)電係(xì)統(tǒng)等(děng)效電路 圖5-功(gōng)率因(yīn)數得(dé)到提(tí)高(gāo)

　　由圖5的相(xiāng)量(liáng)圖(tú)可知，沒有投入電(diàn)容(róng)C時，電壓(yā)U和電(diàn)流I的相位角為φ1，投入電(diàn)容C後，電壓U和電流(liú)I的相(xiāng)位角為(wéi)φ2，電(diàn)壓電流的相位角(jiǎo)減小了，則係統(tǒng)的(dí)功率因數得(dé)到了提升。當容性負荷(hé)釋放(fàng)能(néng)量(liáng)時，感性負(fù)荷(hé)吸(xī)收能量；而感(gǎn)性負荷(hé)釋放能量(liáng)時，容(róng)性負荷吸(xī)收能(néng)量(liáng)，能量在兩種(zhǒng)負荷(hé)之(zhī)間(jiān)交換(huàn)，如圖6所示。這樣(yàng)，感性負(fù)荷所(suǒ)吸收(shōu)的無(wú)功功率可(kě)從(cóng)容性(xìng)負荷輸出的(dí)無(wú)功(gōng)功(gōng)率中(zhōng)得(dé)到補償(cháng)，不(bù)僅可(kě)以提高功率因(yīn)數和(hé)係統電壓(yā)，還能(néng)有效地(dì)減(jiǎn)少(shǎo)係統電(diàn)能損耗(hào)。

圖6-容性(xìng)負荷和感性(xìng)負荷的能量(liáng)交換(huàn)

　　從(cóng)無功相位(wèi)角(jiǎo)度(dù)進(jìn)行分(fēn)析，純(chún)阻性(xìng)負(fù)載的電壓和(hé)電(diàn)流同相位(wèi)，感(gǎn)性負載的電壓超前電(diàn)流，容性負載(zǎi)的電壓滯(zhì)後電(diàn)流，如圖7所示。

圖(tú)7-無(wú)功的相(xiāng)位(wèi)分析

　　2 無功補償的(dí)形式

　　2.1 LC無功(gōng)補償(cháng)

　　LC無(wú)功補(bǔ)償屬(shǔ)於傳(chuán)統的電(diàn)容(róng)補(bǔ)償(cháng)，工作時(shí)並(bìng)聯在(zài)電力係統中，根(gēn)據(jù)電(diàn)網中負載功率因數的變化，控製(zhì)電(diàn)力電容(róng)器投切進行(háng)無功(gōng)補(bǔ)償。其(qí)原理為(wéi)：通過CT采集電壓，電(diàn)流(liú)信號，再(zài)由控製器計(jì)算出投切方案，控(kòng)製投切開關(guān)（復合開(kāi)關，晶閘(zhá)管開關等）對(duì)各組(zǔ)電力(lì)電容(róng)器(qì)進行投切。如圖(tú)8所(suǒ)示。

圖(tú)8-LC無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)的(dí)工作原(yuán)理(lǐ)

　　2.2 SVG無(wú)功(gōng)補(bǔ)償

　　SVG屬於有源型無(wú)功(gōng)補償(cháng)設(shè)備，它將三相橋(qiáo)式電(diàn)路(lù)通過(guò)電(diàn)抗器(qì)並聯(lián)到電(diàn)網，根據係(xì)統(tǒng)的無(wú)功功率，通過(guò)IGBT功(gōng)率(shuài)變(biàn)換器輸(shū)出滿足(zú)要求的容(róng)性或感(gǎn)性(xìng)基波電流，從而實(shí)現(xiàn)動態無功補(bǔ)償，不(bù)會出現過(guò)補(bǔ)或欠(qiàn)補現象，且補償平滑，不會產生對(duì)負載(zǎi)和(hé)電(diàn)網(wǎng)的湧(yǒng)流衝(chōng)擊。其原理如(rú)圖(tú)9所示(shì)。

圖9-SVG無(wú)功補償(cháng)的(dí)工作(zuò)原理

　　2.3 智慧型動態無功(gōng)補償(cháng)

　　LC補償在(zài)負荷(hé)變化較快或(huò)存在衝擊負荷(hé)的場(cháng)合無(wú)法做(zuò)到快速(sù)響(xiǎng)應(yīng)，易出現過補(bǔ)或欠(qiàn)補(bǔ)，其次LC補(bǔ)償裝置中的並聯電(diàn)容(róng)器對諧波電流具有(yǒu)放大(dà)作用，容易引起(qǐ)係統諧(xié)振，但在成本上(shàng)較(jiào)為(wéi)經濟(jì)。SVG可對感(gǎn)性和容性無功(gōng)進(jìn)行連續快速補償(cháng)，避免過(guò)補和(hé)欠補(bǔ)的發生，且不會與係統或負載設備產生(shēng)諧(xié)振(zhèn)，適(shì)用於負載(zǎi)快(kuài)速(sù)變化的(dí)場合(hé)，但其成本也(yě)相對較高。

　　鑒(jiàn)於上(shàng)述兩種(zhǒng)補償方(fāng)式的優缺點，人們通過研究(jiū)設計(jì)出(chū)來(lái)一種用於(yú)無功(gōng)補(bǔ)償的(dí)新(xīn)型(xíng)電(diàn)力電(diàn)子(zǐ)裝置——智(zhì)慧(huì)型動態無功補償裝置(zhì)。它(tā)采用了(liǎo)一種(zhǒng)無功(gōng)補償綜合控製方(fāng)法，加入控製(zhì)器來(lái)控(kòng)製(zhì)SVG模塊和(hé)LC模塊投切，用SVG模塊的(dí)快(kuài)速響應(yīng)，準確補償(cháng)的(dí)特性(xìng)來彌(mí)補(bǔ)LC模(mó)塊響應(yīng)速度(dù)慢(màn)，分級(jí)補償(cháng)的(dí)缺(quē)點(diǎn)，相對於全SVG補償又(yòu)降低了成本。其(qí)補(bǔ)償原理如(rú)圖10所(suǒ)示(shì)，檢(jiǎn)測(cè)補償對象的(dí)電壓和(hé)電流，經(jīng)指令(líng)電流(liú)運算電路(lù)計(jì)算得出補(bǔ)償電(diàn)流的指(zhǐ)令(líng)信號，該信號經補償電流發(fā)生電(diàn)路放(fàng)大，得出補償(cháng)電(diàn)流，然後通過控製器控(kòng)製SVG模(mó)塊先(xiān)行投入(rù)補償(cháng)，隨(suí)後投(tóu)入(rù)LC模塊，調節SVG模(mó)塊(kuài)輸出(chū)電(diàn)流以滿足無功需求，使功率(shuài)因數達到設(shè)定(dìng)值。

圖10-智(zhì)慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功(gōng)補償(cháng)的工(gōng)作原理

　　LC補(bǔ)償（電容(róng)補償(cháng)）和LC+SVG補償(cháng)（智慧(huì)型無功(gōng)補(bǔ)償）的(dí)補(bǔ)償(cháng)曲(qū)綫對比(bǐ)如(rú)圖11，圖(tú)12所(suǒ)示。

圖(tú)11-電容補(bǔ)償(cháng) 圖12-智慧(huì)型無功補償

　　3 智慧型(xíng)無(wú)功補償(cháng)的工(gōng)業應用(yòng)案例(lì)

　　江蘇某陶瓷生產(chǎn)企業的主(zhǔ)要負(fù)荷(hé)為(wéi)球磨機(jī)，在運(yùn)行時的電流(liú)衝(chōng)擊很大，現場諧波(bō)以(yǐ)3，5，7次(cì)為主(zhǔ)，影(yǐng)響了電(diàn)力(lì)係(xì)統(tǒng)的穩定，導致(zhì)補(bǔ)償(cháng)電(diàn)容(róng)器(qì)損壞較(jiào)多，係(xì)統功率因(yīn)數較低(dī)。現(xiàn)場(cháng)配電(diàn)房(fáng)的(dí)變壓器容量為1600kVA，原(yuán)電容(róng)櫃裝(zhuāng)機(jī)容(róng)量300kvar。智慧(huì)型(xíng)無功補(bǔ)償方(fāng)案應(yīng)用(yòng)前後的電(diàn)能質(zhì)量數據如圖(tú)14，圖15所(suǒ)示(shì)。

圖(tú)14-智(zhì)慧(huì)型(xíng)無功補償(cháng)應用(yòng)前的電能(néng)質(zhì)量(liáng)數(shù)據

圖(tú)15-智(zhì)慧型無(wú)功(gōng)補(bǔ)償(cháng)應用後(hòu)的(dí)電能質量數(shù)據

　　根據(jù)現場工況(kuàng)，我們采用安(ān)科瑞LC+SVG綜合(hé)控(kòng)製(zhì)的智慧型(xíng)無功(gōng)補償(cháng)方案，由前(qián)期(qī)測量(liáng)數據估(gū)算(suàn)所需整櫃(guì)容量為500kvar（兩台250kvar，主(zhǔ)輔櫃(guì)），另外(wài)考慮(lǜ)現(xiàn)場(cháng)諧波以3，5，7次(cì)為主(zhǔ)，LC電容補(bǔ)償(cháng)采(cǎi)用電抗率14%的(dí)電(diàn)抗器(qì)與(yǔ)補(bǔ)償(cháng)電(diàn)容(róng)進行串聯(lián)匹配，更(gēng)能有效(xiào)的(dí)抑製(zhì)諧波和保(bǎo)護電容(róng)器(qì)。通(tōng)過控(kòng)製器協(xié)調ANSVG-S-G 100kvar模塊(kuài)與(yǔ)電容器(qì)同時進行無(wú)功輸(shū)出(chū)，對(duì)比(bǐ)治理前後的數據，功(gōng)率(shuài)因數由(yóu)0.87提(tí)升到0.98，因為(wéi)SVG在(zài)無功補償的同時(shí)也能(néng)治理(lǐ)部分(fēn)諧波(bō)，所(suǒ)以B相的電(diàn)流(liú)畸變率由(yóu)原來的(dí)23.28%降低到(dào)9.06%，達到(dào)了(liǎo)明顯(xiǎn)的治理(lǐ)效(xiào)果。表(biǎo)1為單台裝機容量250kvar智慧(huì)型(xíng)動(dòng)態無功補(bǔ)償(cháng)裝置主要(yào)設備(bèi)元件的配置方案。

表(biǎo)1-單(dān)台(tái)250kvar智(zhì)慧型動(dòng)態無功(gōng)補償裝(zhuāng)置主要設(shè)備(bèi)元件(jiàn)配置(zhì)方案

　　4 結束(shù)語

　　本(běn)文(wén)對安科瑞(ruì)智(zhì)慧(huì)型(xíng)動態無功(gōng)補(bǔ)償方案(àn)進(jìn)行(háng)了簡述(shù)，該方案(àn)融合(hé)了(liǎo)LC補(bǔ)償和(hé)SVG補償的(dí)優勢，實時協調控(kòng)製電(diàn)容(róng)器(qì)和(hé)SVG補(bǔ)償模(mó)塊(kuài)進行混(hùn)合無(wú)功(gōng)補償(cháng)，確(què)保(bǎo)了無功補(bǔ)償的快速(sù)性，連續(xù)性和準確性(xìng)，同時方(fāng)案(àn)成本也(yě)能被大(dà)多(duō)數企業(yè)所(suǒ)接受。通(tōng)過工程實際(jì)案(àn)例的(dí)應用(yòng)，對比方案前後(hòu)的治理(lǐ)效(xiào)果，提(tí)高(gāo)了係(xì)統功率(shuài)因數，同時也治(zhì)理(lǐ)了諧波，改(gǎi)善(shàn)了企(qǐ)業的用電(diàn)環(huán)境，降(jiàng)低了企業電(diàn)能(néng)質量(liáng)治理(lǐ)投入(rù)的(dí)大成本，有(yǒu)利(lì)於(yú)企業(yè)的經營和生(shēng)產(chǎn)，為企(qǐ)業(yè)創造了價(jià)值(zhí)。

　　參考(kǎo)文獻(xiàn)

　　[1] GB 50227—2017 並聯(lián)電容器(qì)裝(zhuāng)置(zhì)設計(jì)規範

　　[2] GB／T 15576-2020 低(dī)壓(yā)成套無功(gōng)功(gōng)率補償裝置(zhì)

　　[3] DL／T 1216-2019 低壓靜止(zhǐ)無(wú)功發(fā)生裝置(zhì)技術規範

　　[4] 安(ān)科(kē)瑞企(qǐ)業微(wēi)電網(wǎng)設計與(yǔ)應用(yòng)手(shǒu)冊(cè)2022.05版

　　[5] 王兆(zhào)安.諧波抑製和無功補償.機械(xiè)工(gōng)業(yè)出(chū)版社

　　[6] 黃春光.一種低(dī)壓配電(diàn)係(xì)統無功補償綜合控(kòng)製方(fāng)法(fǎ).電氣技(jì)術(shù)-第7期(qī)