摘 要：低壓(ya)配電(dian)(dian)系統(tong)的(de)無(wu)(wu)(wu)功(gong)(gong)(gong)補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)是電(dian)(dian)能質(zhi)量(liang)治理的(de)重(zhong)要環節。在傳統(tong)無(wu)(wu)(wu)功(gong)(gong)(gong)補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)中(zhong)，響應(ying)速(su)度(du)較慢，補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)電(dian)(dian)流呈階梯式，存在過補(bu)(bu)(bu)或欠補(bu)(bu)(bu)的(de)現象，有(you)時(shi)未必能到達理想的(de)效果。為了解決這一問題，人們(men)提出(chu)(chu)了一種(zhong)無(wu)(wu)(wu)功(gong)(gong)(gong)補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)綜合(he)控制(zhi)方法，通過采集電(dian)(dian)力系統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)流及功(gong)(gong)(gong)率(lv)，實(shi)時(shi)協調控制(zhi)LC(電(dian)(dian)容電(dian)(dian)抗(kang))和SVG(靜止(zhi)無(wu)(wu)(wu)功(gong)(gong)(gong)發生器)模塊進行混合(he)補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)，又稱(cheng)智慧型動(dong)態無(wu)(wu)(wu)功(gong)(gong)(gong)補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)，可以(yi)實(shi)現補(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)電(dian)(dian)流的(de)連(lian)續(xu)輸出(chu)(chu)。將此方案應(ying)用于工程實(shi)際中(zhong)，結(jie)果表明該方案可以(yi)有(you)效地改(gai)善供(gong)電(dian)(dian)質(zhi)量(liang)、提高系統(tong)功(gong)(gong)(gong)率(lv)因數。

　　0 引言

　　隨(sui)著(zhu)現(xian)代社會經(jing)濟和文化的(de)不斷發展，陶(tao)瓷生(sheng)(sheng)產(chan)行業(ye)的(de)整體用電(dian)(dian)(dian)量激增，但同時也帶來了一系列的(de)電(dian)(dian)(dian)能質(zhi)量問題，陶(tao)瓷生(sheng)(sheng)產(chan)企業(ye)的(de)主要負荷有滾壓(ya)成(cheng)型機(ji)(ji)、球磨(mo)機(ji)(ji)等，例如球磨(mo)機(ji)(ji)采用變頻驅(qu)動。由于原材料體積不規(gui)則，球磨(mo)機(ji)(ji)運(yun)行沖擊電(dian)(dian)(dian)流較大(da)，同時產(chan)生(sheng)(sheng)3、5、7次等諧(xie)波，導致傳統(tong)無功(gong)補償(chang)響應跟不上、電(dian)(dian)(dian)容器(qi)損壞較多(duo)、功(gong)率因數較低，影(ying)響了電(dian)(dian)(dian)力系統(tong)的(de)穩定，

　　1 無功補償概述

　　在(zai)交流電(dian)(dian)(dian)力系統中，絕大(da)多數負載(zai)都是感性負載(zai)，如變壓器、電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)、壓縮機(ji)、空調等(deng)，其等(deng)效電(dian)(dian)(dian)路可看作電(dian)(dian)(dian)阻R和電(dian)(dian)(dian)感L的串聯電(dian)(dian)(dian)路，如下圖4所示。

   

　　圖4-供電系統等效電路 圖5-功率因數得到提高?

　　由(you)圖5的相(xiang)量(liang)圖可知，沒有(you)投(tou)入電(dian)容(rong)(rong)C時，電(dian)壓U和電(dian)流I的相(xiang)位(wei)角為φ1，投(tou)入電(dian)容(rong)(rong)C后，電(dian)壓U和電(dian)流I的相(xiang)位(wei)角為φ2，電(dian)壓電(dian)流的相(xiang)位(wei)角減小了(le)，則(ze)系統的功率(lv)因數(shu)(shu)得(de)到了(le)提(ti)升。當(dang)容(rong)(rong)性負(fu)(fu)荷(he)(he)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)時，感性負(fu)(fu)荷(he)(he)吸收能(neng)量(liang);而感性負(fu)(fu)荷(he)(he)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)時，容(rong)(rong)性負(fu)(fu)荷(he)(he)吸收能(neng)量(liang)，能(neng)量(liang)在兩種負(fu)(fu)荷(he)(he)之間交換，如圖6所示。這樣，感性負(fu)(fu)荷(he)(he)所吸收的無功功率(lv)可從容(rong)(rong)性負(fu)(fu)荷(he)(he)輸出的無功功率(lv)中得(de)到補(bu)償，不僅可以提(ti)高功率(lv)因數(shu)(shu)和系統電(dian)壓，還能(neng)有(you)效地減少系統電(dian)能(neng)損耗(hao)。

　　圖6-容性負荷和感性負荷的能量交換?

　　從無功(gong)相位(wei)角(jiao)度進(jin)行分析，純阻性(xing)負(fu)載的(de)電(dian)壓和電(dian)流同相位(wei)，感性(xing)負(fu)載的(de)電(dian)壓超(chao)前電(dian)流，容性(xing)負(fu)載的(de)電(dian)壓滯后電(dian)流，如(ru)圖7所(suo)示(shi)。

　　圖7-無功的相位分析?

　　2 無功補償的形(xing)式

　　2.1 LC無功補償(chang)

　　LC無功補償(chang)屬于傳統(tong)的(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)(rong)補償(chang)，工作時并(bing)聯在電(dian)(dian)力系統(tong)中，根據電(dian)(dian)網中負載功率(lv)因(yin)數的(de)(de)變化，控(kong)制電(dian)(dian)力電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)(qi)投切(qie)進行(xing)無功補償(chang)。其(qi)原理為：通過CT采(cai)集電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)流信(xin)號，再由(you)控(kong)制器(qi)(qi)計(ji)算出投切(qie)方案，控(kong)制投切(qie)開(kai)關(復合開(kai)關、晶(jing)閘管開(kai)關等)對(dui)各組電(dian)(dian)力電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)(qi)進行(xing)投切(qie)。如圖8所示。

　　圖8-LC無功補償的工作原理?

　　2.2 SVG無功補償(chang)

　　SVG屬于有(you)源型(xing)無(wu)功(gong)(gong)補償(chang)設備，它將(jiang)三相(xiang)橋式電(dian)路通過電(dian)抗(kang)器(qi)并聯到(dao)電(dian)網，根據系(xi)統的無(wu)功(gong)(gong)功(gong)(gong)率，通過IGBT功(gong)(gong)率變換器(qi)輸出(chu)滿足要求(qiu)的容性或(huo)感性基波(bo)電(dian)流，從而(er)實現動態無(wu)功(gong)(gong)補償(chang)，不(bu)會(hui)出(chu)現過補或(huo)欠補現象，且補償(chang)平滑，不(bu)會(hui)產生對負載和電(dian)網的涌(yong)流沖擊(ji)。其原理(li)如圖(tu)9所示。

　　圖9-SVG無功補償的工作原理?

　　2.3 智慧型動態無功補償

　　LC補償在負(fu)(fu)荷變化較(jiao)快或存在沖擊負(fu)(fu)荷的(de)場合無法做(zuo)到快速響應，易(yi)出(chu)現過(guo)補或欠補，其(qi)次(ci)LC補償裝置(zhi)中的(de)并(bing)聯電(dian)容(rong)器對(dui)(dui)諧波電(dian)流具(ju)有放大作用，容(rong)易(yi)引起系(xi)統(tong)諧振(zhen)，但在成(cheng)(cheng)本(ben)上較(jiao)為經濟。SVG可對(dui)(dui)感性和容(rong)性無功進(jin)行(xing)連續(xu)快速補償，避免過(guo)補和欠補的(de)發(fa)生，且不會與系(xi)統(tong)或負(fu)(fu)載設(she)備(bei)產生諧振(zhen)，適用于(yu)負(fu)(fu)載快速變化的(de)場合，但其(qi)成(cheng)(cheng)本(ben)也相對(dui)(dui)較(jiao)高。

　　鑒(jian)于上(shang)述兩種補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)方式的(de)(de)(de)優缺(que)點(dian)(dian)，人們通過研究(jiu)設(she)(she)計出(chu)來一種用(yong)(yong)于無(wu)(wu)功(gong)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)(de)新型電(dian)力電(dian)子裝(zhuang)置——智慧型動(dong)態無(wu)(wu)功(gong)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)裝(zhuang)置。它采用(yong)(yong)了一種無(wu)(wu)功(gong)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)綜合(he)控(kong)(kong)制(zhi)方法，加入(ru)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)來控(kong)(kong)制(zhi)SVG模(mo)塊(kuai)和LC模(mo)塊(kuai)投(tou)切(qie)，用(yong)(yong)SVG模(mo)塊(kuai)的(de)(de)(de)快速(su)響應(ying)、準確補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)(de)特(te)性來彌補(bu)(bu)(bu)(bu)LC模(mo)塊(kuai)響應(ying)速(su)度慢、分級補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)(de)缺(que)點(dian)(dian)，相(xiang)對于全SVG補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)又降低(di)了成本。其補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)原理如圖10所示(shi)，檢測(ce)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)對象(xiang)的(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)和電(dian)流，經(jing)指令電(dian)流運算電(dian)路計算得出(chu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)電(dian)流的(de)(de)(de)指令信號(hao)，該信號(hao)經(jing)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)電(dian)流發(fa)生電(dian)路放大，得出(chu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)電(dian)流，然后通過控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)控(kong)(kong)制(zhi)SVG模(mo)塊(kuai)先行投(tou)入(ru)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)，隨后投(tou)入(ru)LC模(mo)塊(kuai)，調節SVG模(mo)塊(kuai)輸出(chu)電(dian)流以(yi)滿足無(wu)(wu)功(gong)需(xu)求，使功(gong)率因(yin)數(shu)達到設(she)(she)定值。

　　圖10-智慧型動態無功補償的工作原理?

　　LC補(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)(電容補(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang))和LC+SVG補(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)(智慧型無功(gong)補(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang))的補(bu)(bu)償(chang)(chang)(chang)曲線對比如(ru)圖(tu)11、圖(tu)12所示(shi)。

     

　　圖11-電容補償 圖12-智慧型無功補償?

　　3 智慧型無(wu)功補償的工業應(ying)用案例(li)

　　江蘇某陶瓷生產企(qi)業的(de)(de)主要負荷為(wei)球磨機，在運行時的(de)(de)電流沖擊很大(da)，現場諧波以3、5、7次(ci)為(wei)主，影響了電力系統(tong)的(de)(de)穩定，導致(zhi)補(bu)(bu)償(chang)電容(rong)器損壞較多(duo)、系統(tong)功(gong)率因數較低。現場配(pei)電房(fang)的(de)(de)變壓器容(rong)量(liang)為(wei)1600kVA，原電容(rong)柜(ju)裝機容(rong)量(liang)300kvar。智慧型無功(gong)補(bu)(bu)償(chang)方案應用前后的(de)(de)電能質(zhi)量(liang)數據如圖(tu)14、圖(tu)15所示。

    

　　圖14-智慧型無功補償應用前的電能質量數據?

   

　　圖15-智慧型無功補償應用后的電能質量數據?

　　根(gen)據(ju)現(xian)場工況，我(wo)們(men)采用安科瑞(rui)LC+SVG綜合控(kong)制(zhi)的(de)(de)智慧型(xing)無(wu)功補(bu)償(chang)(chang)方案(an)，由(you)前(qian)期(qi)測(ce)量(liang)數據(ju)估算所需整柜(ju)容(rong)量(liang)為500kvar(兩臺250kvar，主(zhu)輔柜(ju))，另外考慮現(xian)場諧(xie)波(bo)以3、5、7次為主(zhu)，LC電(dian)(dian)容(rong)補(bu)償(chang)(chang)采用電(dian)(dian)抗率(lv)14%的(de)(de)電(dian)(dian)抗器(qi)與補(bu)償(chang)(chang)電(dian)(dian)容(rong)進行(xing)串聯匹配，更能有(you)效的(de)(de)抑制(zhi)諧(xie)波(bo)和保(bao)護電(dian)(dian)容(rong)器(qi)。通過控(kong)制(zhi)器(qi)協調ANSVG-S-G 100kvar模(mo)塊與電(dian)(dian)容(rong)器(qi)同時進行(xing)無(wu)功輸出，對比治(zhi)(zhi)理(li)(li)前(qian)后(hou)的(de)(de)數據(ju)，功率(lv)因(yin)數由(you)0.87提升到0.98，因(yin)為SVG在無(wu)功補(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)同時也能治(zhi)(zhi)理(li)(li)部分諧(xie)波(bo)，所以B相的(de)(de)電(dian)(dian)流畸變率(lv)由(you)原來的(de)(de)23.28%降(jiang)低到9.06%，達到了明顯(xian)的(de)(de)治(zhi)(zhi)理(li)(li)效果。表(biao)1為單(dan)臺裝(zhuang)(zhuang)機(ji)容(rong)量(liang)250kvar智慧型(xing)動態無(wu)功補(bu)償(chang)(chang)裝(zhuang)(zhuang)置主(zhu)要設備元件的(de)(de)配置方案(an)。

　　表(biao)1-單臺250kvar智慧型動態無(wu)功補(bu)償裝置主要(yao)設備元件配置方(fang)案

　　結束語

　　本文對安科(ke)瑞智慧型動態無(wu)功(gong)補償(chang)(chang)方案(an)進(jin)行了簡述，該方案(an)融合(he)了LC補償(chang)(chang)和(he)(he)(he)SVG補償(chang)(chang)的優(you)勢，實時協調控(kong)制(zhi)電(dian)容器和(he)(he)(he)SVG補償(chang)(chang)模塊進(jin)行混合(he)無(wu)功(gong)補償(chang)(chang)，確保了無(wu)功(gong)補償(chang)(chang)的快速性、連續性和(he)(he)(he)準(zhun)確性，同(tong)時方案(an)成本也(ye)能被大多數企(qi)(qi)業(ye)(ye)(ye)(ye)所(suo)接受。通過工程實際案(an)例的應(ying)用，對比(bi)方案(an)前后的治理效果，提高了系統功(gong)率因數，同(tong)時也(ye)治理了諧波，改善(shan)了企(qi)(qi)業(ye)(ye)(ye)(ye)的用電(dian)環境，降低了企(qi)(qi)業(ye)(ye)(ye)(ye)電(dian)能質量治理投(tou)入的大成本，有利于企(qi)(qi)業(ye)(ye)(ye)(ye)的經營和(he)(he)(he)生產，為企(qi)(qi)業(ye)(ye)(ye)(ye)創造(zao)了價值。

　　參考文獻

　　[1] GB 50227—2017 并聯電容(rong)器裝置(zhi)設計規范(fan)

　　[2] GB/T 15576-2020 低壓成套無功功率(lv)補償裝置

　　[3] DL/T 1216-2019 低壓(ya)靜止無(wu)功發生裝置技術規范

　　[4] 安科瑞企業(ye)微(wei)電網(wang)設計與應用手冊(ce)2022.05版

　　[5] 王兆(zhao)安.諧波(bo)抑制和(he)無功補償.機械工業出(chu)版社

　　[6] 黃(huang)春(chun)光.一(yi)種低壓配(pei)電系統無功補(bu)償綜合控制方(fang)法(fa).電氣技術(shu)-第(di)7期(qi)