智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)的(de)工業應(ying)用——以江(jiang)蘇(su)某(mou)陶瓷(ci)生產企(qi)業配電房改(gai)造(zao)為例

摘要(yao)：低壓配電系統的(de)無(wu)功補償(chang)是電能質量(liang)治(zhi)理的(de)重(zhong)要(yao)環節。在(zai)傳統無(wu)功補償(chang)中(zhong)，響(xiang)應速(su)度較(jiao)慢(man)，補(bu)償(chang)電流呈階(jie)梯(ti)式，存在(zai)過補或欠(qian)補的(de)現象，有時(shi)未(wei)必(bi)能(neng)到(dao)達理想的(de)效(xiao)果(guo)。為了解決(jue)這壹(yi)問題，人們(men)提(ti)出了壹(yi)種(zhong)無(wu)功補償(chang)綜(zong)合(he)控制(zhi)方法，通(tong)過采(cai)集(ji)電力系統中(zhong)的(de)電壓、電流及功率，實(shi)時(shi)協調控制(zhi)LC（電容(rong)電抗）和(he)SVG（靜止無(wu)功發生器）模塊進行(xing)混合(he)補償，又稱智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)，可(ke)以實(shi)現補償電流的(de)連(lian)續(xu)輸出(chu)。將(jiang)此(ci)方案(an)應用於工程(cheng)實(shi)際(ji)中(zhong)，結果表明該方(fang)案可(ke)以有(you)效地改(gai)善(shan)供電質量(liang)、提(ti)高系統(tong)功率因(yin)數。

關(guan)鍵(jian)詞：電能質量(liang)；無(wu)功補償(chang)綜(zong)合(he)控制(zhi)；LC；靜止(zhi)無(wu)功發生器；智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)

0 引言

隨著現代社(she)會經(jing)濟和(he)文(wen)化的(de)不(bu)斷(duan)發展(zhan)，陶(tao)瓷(ci)生產行(xing)業的(de)整體(ti)用電量(liang)激(ji)增(zeng)，但同時(shi)也帶(dai)來了壹(yi)系列(lie)的(de)電能質量(liang)問(wen)題，陶瓷(ci)生產企(qi)業的(de)主(zhu)要(yao)負荷(he)有(you)滾(gun)壓成型(xing)機、球磨(mo)機等，例如(ru)球(qiu)磨(mo)機采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)驅動。由(you)於原材(cai)料(liao)體(ti)積(ji)不(bu)規(gui)則(ze)，球磨(mo)機運(yun)行(xing)沖擊(ji)電流較(jiao)大，同(tong)時(shi)產生3、5、7次(ci)等諧波，導(dao)致(zhi)傳統無(wu)功補償(chang)響(xiang)應跟(gen)不(bu)上(shang)、電容(rong)器損壞(huai)較(jiao)多(duo)、功率因(yin)數較(jiao)低，影(ying)響(xiang)了電力系統的(de)穩定，

1 無(wu)功補償(chang)概述(shu)

在(zai)交(jiao)流電力系統中(zhong)，絕大多(duo)數負載都是感性負載，如(ru)變(bian)壓器、電動機、壓縮機、空調等，其等效電路(lu)可(ke)看作(zuo)電阻R和(he)電感L的(de)串(chuan)聯(lian)電路(lu)，如(ru)下(xia)圖4所示。

由圖5的(de)相量(liang)圖(tu)可(ke)知(zhi)，沒(mei)有投入(ru)電容(rong)C時(shi)，電壓U和(he)電流I的(de)相位角(jiao)為(wei)φ1，投(tou)入(ru)電容(rong)C後(hou)，電壓U和(he)電流I的(de)相位角(jiao)為(wei)φ2，電壓電流的(de)相位角(jiao)減小(xiao)了，則(ze)系統的(de)功率因(yin)數得到(dao)了提(ti)升。當(dang)容(rong)性負荷(he)釋(shi)放能(neng)量(liang)時(shi)，感性負荷(he)吸收能(neng)量(liang)；而感性負荷(he)釋(shi)放能(neng)量(liang)時(shi)，容(rong)性負荷(he)吸收能(neng)量(liang)，能(neng)量(liang)在(zai)兩(liang)種(zhong)負荷(he)之(zhi)間交(jiao)換，如(ru)圖(tu)6所示。這(zhe)樣(yang)，感(gan)性負荷(he)所吸收的(de)無(wu)功功率可(ke)從(cong)容(rong)性負荷(he)輸出(chu)的(de)無(wu)功功率中(zhong)得到(dao)補(bu)償(chang)，不(bu)僅可(ke)以提(ti)高功率因(yin)數和(he)系統電壓，還(hai)能有(you)效地(di)減少(shao)系統(tong)電能損耗(hao)。

從(cong)無(wu)功相位角(jiao)度(du)進(jin)行(xing)分析(xi)，純(chun)阻性負載的(de)電壓和(he)電流同相位，感(gan)性負載的(de)電壓超(chao)前(qian)電流，容(rong)性負載的(de)電壓滯後(hou)電流，如(ru)圖(tu)7所示。

2 無(wu)功補償(chang)的(de)形(xing)式

2.1 LC無(wu)功補償(chang)

LC無(wu)功補償(chang)屬於傳統的(de)電容(rong)補(bu)償(chang)，工作(zuo)時(shi)並聯(lian)在(zai)電力系統中(zhong)，根(gen)據電網中(zhong)負載功率因(yin)數的(de)變(bian)化，控制(zhi)電力電容(rong)器投切進行(xing)無(wu)功補償(chang)。其原理為(wei)：通(tong)過CT采(cai)集(ji)電壓、電流信(xin)號(hao)，再(zai)由控制(zhi)器計算(suan)出投(tou)切方(fang)案，控制(zhi)投切(qie)開關(guan)（復(fu)合(he)開關(guan)、晶(jing)閘(zha)管開關(guan)等）對各(ge)組(zu)電力電容(rong)器進行(xing)投切(qie)。如(ru)圖(tu)8所示。

2.2 SVG無(wu)功補償(chang)

SVG屬於有源型(xing)無(wu)功補償(chang)設備(bei)，它將(jiang)三(san)相橋式(shi)電路(lu)通(tong)過電抗器並聯到(dao)電網，根(gen)據系統(tong)的(de)無(wu)功功率，通(tong)過IGBT功率變(bian)換器輸出(chu)滿(man)足要(yao)求(qiu)的(de)容(rong)性或感(gan)性基波(bo)電流，從(cong)而實(shi)現動態無(wu)功補償(chang)，不(bu)會出現過補或欠(qian)補現象，且(qie)補償(chang)平(ping)滑(hua)，不(bu)會產生對負載和(he)電網的(de)湧(yong)流(liu)沖擊(ji)。其(qi)原理如(ru)圖(tu)9所示。

2.3 智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)

LC補償在(zai)負荷(he)變(bian)化較(jiao)快(kuai)或存(cun)在(zai)沖擊(ji)負荷(he)的(de)場(chang)合(he)無(wu)法做(zuo)到(dao)快(kuai)速響(xiang)應，易出現過補或欠(qian)補，其次(ci)LC補(bu)償(chang)裝(zhuang)置中(zhong)的(de)並(bing)聯(lian)電容(rong)器對諧波電流具有(you)放大作(zuo)用，容(rong)易引起(qi)系(xi)統諧振，但在(zai)成本(ben)上(shang)較(jiao)為經(jing)濟。SVG可(ke)對感性和(he)容(rong)性無(wu)功進行(xing)連(lian)續(xu)快(kuai)速補(bu)償，避免(mian)過補和(he)欠補的(de)發(fa)生，且(qie)不(bu)會與系(xi)統(tong)或負載設備(bei)產生諧振，適(shi)用於負載快(kuai)速變(bian)化的(de)場(chang)合(he)，但其成本(ben)也相對較(jiao)高。

鑒(jian)於上(shang)述(shu)兩(liang)種(zhong)補(bu)償方(fang)式的(de)優(you)缺點(dian)，人們(men)通(tong)過研究設計出(chu)來壹(yi)種(zhong)用(yong)於無(wu)功補償(chang)的(de)新(xin)型(xing)電力電子裝(zhuang)置——智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)裝(zhuang)置。它采(cai)用(yong)了壹(yi)種(zhong)無(wu)功補償(chang)綜(zong)合(he)控制(zhi)方法，加入(ru)控制(zhi)器來控制(zhi)SVG模塊(kuai)和(he)LC模塊投(tou)切，用(yong)SVG模(mo)塊的(de)快(kuai)速響(xiang)應、準(zhun)確補(bu)償的(de)特(te)性來彌補(bu)LC模(mo)塊(kuai)響(xiang)應速(su)度慢(man)、分(fen)級(ji)補(bu)償(chang)的(de)缺點(dian)，相對於全(quan)SVG補償(chang)又降(jiang)低(di)了成本(ben)。其(qi)補(bu)償(chang)原理如(ru)圖(tu)10所示，檢(jian)測(ce)補(bu)償(chang)對(dui)象的(de)電壓和(he)電流，經(jing)指(zhi)令電流運(yun)算(suan)電路(lu)計算(suan)得出(chu)補償(chang)電流的(de)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)，該信(xin)號(hao)經(jing)補(bu)償電流發生電路(lu)放大，得出(chu)補償(chang)電流，然後(hou)通(tong)過控制(zhi)器控制(zhi)SVG模塊(kuai)先行(xing)投入(ru)補(bu)償(chang)，隨後(hou)投入(ru)LC模(mo)塊(kuai)，調節SVG模(mo)塊(kuai)輸出(chu)電流以滿(man)足無(wu)功需求(qiu)，使功率因(yin)數達到(dao)設定值(zhi)。

LC補償（電容(rong)補(bu)償(chang)）和(he)LC+SVG補償（智(zhi)慧型(xing)無(wu)功補償(chang)）的(de)補(bu)償(chang)曲線對(dui)比如(ru)圖(tu)11、圖12所示。

3 智(zhi)慧型(xing)無(wu)功補償(chang)的(de)工業應(ying)用案(an)例

江(jiang)蘇(su)某(mou)陶瓷(ci)生產企(qi)業的(de)主(zhu)要(yao)負荷(he)為(wei)球(qiu)磨(mo)機，在(zai)運(yun)行(xing)時(shi)的(de)電流沖擊很大，現場諧波以3、5、7次(ci)為(wei)主(zhu)，影響(xiang)了電力系統的(de)穩定，導(dao)致(zhi)補(bu)償電容(rong)器損壞(huai)較(jiao)多(duo)、系統(tong)功率因(yin)數較(jiao)低。現場配電房的(de)變(bian)壓器容(rong)量(liang)為(wei)1600kVA，原電容(rong)櫃(gui)裝(zhuang)機容(rong)量(liang)300kvar。智(zhi)慧型(xing)無(wu)功補償(chang)方案(an)應(ying)用(yong)前(qian)後(hou)的(de)電能質量(liang)數據如(ru)圖(tu)14、圖15所示。

根(gen)據現場工況(kuang)，我(wo)們(men)采(cai)用(yong)安(an)科(ke)瑞(rui)LC+SVG綜(zong)合(he)控制(zhi)的(de)智(zhi)慧型(xing)無(wu)功補償(chang)方案(an)，由(you)前(qian)期測量(liang)數據估算(suan)所需整櫃容(rong)量(liang)為(wei)500kvar（兩(liang)臺(tai)250kvar，主(zhu)輔(fu)櫃(gui)），另外(wai)考(kao)慮現場諧波以3、5、7次(ci)為(wei)主(zhu)，LC電容(rong)補(bu)償(chang)采(cai)用(yong)電抗率(lv)14%的(de)電抗器與補(bu)償(chang)電容(rong)進(jin)行(xing)串聯(lian)匹(pi)配，更能有效的(de)抑(yi)制(zhi)諧波和(he)保(bao)護(hu)電容(rong)器。通(tong)過控制(zhi)器協調ANSVG-S-G 100kvar模塊與電容(rong)器同時(shi)進行(xing)無(wu)功輸出(chu)，對(dui)比治理前(qian)後(hou)的(de)數據，功率因(yin)數由0.87提(ti)升到(dao)0.98，因(yin)為(wei)SVG在(zai)無(wu)功補償(chang)的(de)同(tong)時(shi)也能治理部分(fen)諧波，所以B相的(de)電流畸變(bian)率由(you)原來的(de)23.28%降(jiang)低(di)到(dao)9.06%，達到(dao)了明顯(xian)的(de)治(zhi)理效(xiao)果。表1為(wei)單(dan)臺(tai)裝(zhuang)機容(rong)量(liang)250kvar智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)裝(zhuang)置主(zhu)要(yao)設備(bei)元(yuan)件(jian)的(de)配置方(fang)案。

表1-單(dan)臺(tai)250kvar智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)裝(zhuang)置主(zhu)要(yao)設備(bei)元(yuan)件(jian)配置方(fang)案

註：此表為(wei)主(zhu)櫃主(zhu)要(yao)設備(bei)元(yuan)件(jian)，主(zhu)、輔(fu)櫃(gui)共用(yong)壹(yi)個(ge)綜(zong)合(he)補(bu)償控制(zhi)器，輔(fu)櫃(gui)其(qi)它元(yuan)件(jian)同主(zhu)櫃。

4 結束語

本(ben)文(wen)對安(an)科(ke)瑞(rui)智(zhi)慧型(xing)動(dong)態(tai)無(wu)功補償(chang)方案(an)進(jin)行(xing)了簡(jian)述，該方(fang)案融(rong)合了LC補(bu)償(chang)和(he)SVG補償的(de)優(you)勢，實(shi)時(shi)協調控制(zhi)電容(rong)器和(he)SVG補償模(mo)塊進(jin)行(xing)混合(he)無(wu)功補償(chang)，確保(bao)了無(wu)功補償(chang)的(de)快(kuai)速性、連(lian)續(xu)性和(he)準確性，同時(shi)方案(an)成本(ben)也能被大多(duo)數企業所接(jie)受。通(tong)過工程(cheng)實(shi)際(ji)案(an)例的(de)應(ying)用(yong)，對比(bi)方(fang)案前(qian)後(hou)的(de)治(zhi)理效(xiao)果，提(ti)高了系(xi)統(tong)功率因(yin)數，同時(shi)也治理了諧波，改(gai)善(shan)了企(qi)業(ye)的(de)用(yong)電環境，降(jiang)低(di)了企(qi)業(ye)電能質量(liang)治(zhi)理投(tou)入(ru)的(de)大成本(ben)，有(you)利(li)於企業的(de)經(jing)營(ying)和(he)生產，為(wei)企業創造(zao)了價值。