無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理裝置的設(shè)計(jì)及其實(shí)際應(yīng)用

雷鳴

(四川省攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 攀枝花 617023)

冶金企業(yè)中的低壓電網(wǎng)存在的無(wú)功功率需求量大和輸電流量過(guò)多的問(wèn)題一直以來(lái)都是影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題，由于輸電流量的不斷加劇會(huì)造成大量功能消耗，造成一定的資源浪費(fèi)。鑒于以上問(wèn)題，我們可以通過(guò)添加無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)其進(jìn)行改善，主要操作方式為對(duì)單一配電室的低壓進(jìn)行集中補(bǔ)償，在運(yùn)行的同時(shí)開(kāi)展無(wú)功補(bǔ)償。

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

1.1 補(bǔ)償措施方面的問(wèn)題

無(wú)功補(bǔ)償在補(bǔ)償方式上可以分為集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償兩種，實(shí)際上集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償是相對(duì)而言的，在工廠中的低壓配電室中所采用的補(bǔ)償方式歸屬于集中補(bǔ)償，而就電網(wǎng)而言，所采用的補(bǔ)償方式為分散補(bǔ)償。其中的集中補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：管理相對(duì)簡(jiǎn)便，針對(duì)電容器的投切支持多種操作方式，手動(dòng)操作和自動(dòng)操作均可；相對(duì)與分散補(bǔ)償方式而言適用性更高；對(duì)配電的損耗和負(fù)荷可以有效控制，滿(mǎn)足節(jié)能的要求；供電質(zhì)量可以得到有效提升，這對(duì)工廠這種大型生產(chǎn)企業(yè)而言，可以在一定程度上提升工廠的生產(chǎn)效率。集中補(bǔ)償?shù)娜毕荼憩F(xiàn)在以下幾點(diǎn)：采用集中補(bǔ)償方式的低壓網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部的無(wú)功功率和電能消耗并不能大幅度降低，對(duì)線(xiàn)路的損耗程度也產(chǎn)生了一定的不良影響。

1.2 集中補(bǔ)償?shù)姆绞脚c國(guó)家工廠用電規(guī)則不符

我國(guó)有關(guān)工廠用電準(zhǔn)則中明確指出，需要盡量減少工廠生產(chǎn)活動(dòng)造成的線(xiàn)路損耗問(wèn)題，保證電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性。與此同時(shí)，還會(huì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行消耗提出了全新的要求，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造之后，達(dá)到節(jié)能要求方可投入使用。在對(duì)電動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改良之后，還需要采用就地補(bǔ)償?shù)姆绞剑M量降低能量消耗，在保證正常生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.3 集中補(bǔ)償方式對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響

集中補(bǔ)償方式在工廠中的應(yīng)用無(wú)法達(dá)到降低低壓系統(tǒng)無(wú)功功率和電能損耗的功效，僅能對(duì)部分無(wú)功功率起到作用，致使變壓器極易出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象。這種情況如果不能采取有效的措施進(jìn)行處理便會(huì)造成變壓器的大面積損壞，部分線(xiàn)路受到?jīng)_擊產(chǎn)生破損，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)造成安全事故，對(duì)工廠低壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)消極影響。

1.4 集中補(bǔ)償方式對(duì)項(xiàng)目成本投入的影響

集中補(bǔ)償方式的使用會(huì)增加項(xiàng)目工程的前期投入，但是所產(chǎn)生的降低電能消耗的作用并不明顯，這就使工廠的經(jīng)濟(jì)效益受到一定影響。而就地補(bǔ)償措施的使用可以降低30%左右的變壓器容量，這種情況下就省去了部分電氣設(shè)備采購(gòu)的費(fèi)用，工廠可以將省下的費(fèi)用全部投入生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，為企業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)收益。

鑒于集中補(bǔ)償方式存在多種弊端，為了保證無(wú)功補(bǔ)償操作能夠發(fā)揮出應(yīng)有的節(jié)能作用，我們可以合理利用就地補(bǔ)償方式、車(chē)間補(bǔ)償，采用多種補(bǔ)償方式并行的方式開(kāi)展無(wú)功補(bǔ)償操作，進(jìn)而保證工廠生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展，為其提供穩(wěn)定的供電服務(wù)。由于此類(lèi)補(bǔ)償方式并沒(méi)有全面實(shí)行，在技術(shù)操作上需要大量的人才作為支持，這就要求相關(guān)部門(mén)組成專(zhuān)門(mén)的組織，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償方式的改造措施進(jìn)行合理安排，鼓勵(lì)各個(gè)廠家積極配合優(yōu)化工作。對(duì)于不能的工廠生產(chǎn)情況采取不同的優(yōu)化方式，尤其是新工廠必須從源頭抓起，確保無(wú)功補(bǔ)償方式的有效優(yōu)化。

2 SVG無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用分析

在SVG無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用中，其所產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益主要是體現(xiàn)在冶金企業(yè)供電的實(shí)際應(yīng)用部分，主要為供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性與在供電系統(tǒng)電能供應(yīng)的質(zhì)量及水平等方面。首先，避免電壓波動(dòng)問(wèn)題，在冶金企業(yè)供電中投入SVG無(wú)功補(bǔ)償可以有效的減少系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在的電壓波動(dòng)問(wèn)題，因此也使得電量供應(yīng)質(zhì)量得到有效的提升。SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置在實(shí)際的應(yīng)用中具備了自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，因此在供電系統(tǒng)，其運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)根據(jù)系統(tǒng)電壓輸出的情況來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，若是電壓過(guò)高時(shí)其無(wú)功功率輸出容性較小，而電壓較低時(shí)其無(wú)功功率輸出的容量則增大，因此使得工廠供電在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中35kV的母線(xiàn)電壓浮動(dòng)可以控制在0.3%以?xún)?nèi)；其次，高效的反應(yīng)速度，在SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中其有著較高的響應(yīng)能力，因此在城市軌道交通供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓突然波動(dòng)的情況時(shí)能夠快速的進(jìn)行反應(yīng)應(yīng)對(duì)，如在電壓急速跌落的過(guò)程中，SVG裝置可以有效的對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行支撐，因此可以避免其系統(tǒng)因短路等故障問(wèn)題而出現(xiàn)停運(yùn)的情況；最后，提升電能供應(yīng)質(zhì)量，在SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用中，其所具備的性能特點(diǎn)可以有效的使得供電功率因數(shù)得到提升，并且減少在電量供應(yīng)中存在的諧波含量，這種方式可以使得供電系統(tǒng)整體的運(yùn)行質(zhì)量得到提高。

3 諧波治理方案

3.1 無(wú)源單調(diào)諧濾波支路（FC+SVG）方案

其工作基本原理是針對(duì)5次、7次、11次、13次及高通諧波電流，配置相應(yīng)分支電容、電抗串聯(lián)回路，對(duì)于需要濾除的相應(yīng)頻率諧波電流提供低阻抗通道，吸收該諧波電流。對(duì)供電系統(tǒng)側(cè)由于槽面負(fù)荷變化引起的無(wú)功功率變化及諧波電流治理支路容性負(fù)載的接入的總變化，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?duì)于諧波變化能直接接入式針對(duì)治理，能快速（＜10ms）跟蹤無(wú)功功率的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。裝置在中壓系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用條件下，為滿(mǎn)足耐壓絕緣要求提高裝置工作可靠性，其主要核心元件自換相橋式電路（如IGBT）一般采用電子晶閘管多級(jí)串并聯(lián)方式。

3.2 無(wú)源單調(diào)諧濾波支路（FC+MSVC）方案

其工作基本原理是針對(duì)5次、7次、11次、13次及高通諧波電流，配置相應(yīng)分支電容、電抗串聯(lián)回路，對(duì)于需要濾除的相應(yīng)頻率諧波電流提供低阻抗通道，吸收該諧波電流。各支路兼做基波無(wú)功補(bǔ)償。對(duì)供電系統(tǒng)側(cè)由于槽面負(fù)荷變化引起的無(wú)功功率變化及諧波電流治理支路容性負(fù)載的接入的總變化，通過(guò)MCR控制器對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行采集，通過(guò)自動(dòng)控制晶閘管的導(dǎo)通角，改變鐵心的磁飽和度，實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，從而調(diào)節(jié)電抗器的輸出容量，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的柔性補(bǔ)償。對(duì)諧波變化能直接接入式針對(duì)治理，能快速（50～100ms）跟蹤無(wú)功功率的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。磁控電抗器采用晶閘管控制，其晶閘管端電壓僅為系統(tǒng)電壓的1%～2%，機(jī)理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠，減少了維護(hù)運(yùn)行成本。

3.3 混合型有源濾波補(bǔ)償裝置(SP-APF++)方案

其工作基本原理是通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)諧波分布，經(jīng)過(guò)核心算法及控制系統(tǒng)，最終利用IGBT管組成的并聯(lián)變流器產(chǎn)生與電網(wǎng)諧波大小相等相位相反的電流注入電網(wǎng)，電網(wǎng)諧波電流與APF輸出的電流正好相互抵消，從而達(dá)到濾波目的。有源濾波APF裝置用于濾除系統(tǒng)中各次諧波的同時(shí)具有補(bǔ)償變化較快（小于10ms）負(fù)荷的功能，對(duì)諧波治理能有效達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并能有效提高功率因素。IGBT或IPM功率模塊，一般采用電子晶閘管多級(jí)串并聯(lián)方式，對(duì)電子設(shè)備的電子設(shè)備的元件要求很高，影響整體設(shè)備的投資，提高了設(shè)備維護(hù)運(yùn)行成本。無(wú)功補(bǔ)償及濾波支路系統(tǒng)如下圖1所示。

圖1 無(wú)功補(bǔ)償及濾波支路系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理裝置在冶金企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用可以有效降低電能消耗，將生產(chǎn)成本控制在一定范圍，對(duì)工廠的發(fā)展具有積極意義。對(duì)工廠無(wú)功功率補(bǔ)償方式中存在的不足之處進(jìn)行分析之后，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理的方案進(jìn)行分析，從而確定適合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用效果，可以在很大程度上降低工廠生產(chǎn)的用電成本，有效推進(jìn)工廠的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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