靜止無功發生器在鋼筋焊網機生產中的應用

景 慧，趙耀武，陳樂柱

（安徽工業大學工程研究院，安徽 馬鞍山 243002）

1 工廠生產現狀

該公司目前有8條焊網機生產線，每臺焊網機有14路單相焊接變壓器，每臺焊網機的單相焊接變壓器的供電電源分別接到A-B、B-C、C-A三相電源上。在實際焊接時參與工作的變壓器數量是隨機的，當實際參與焊接的變壓器數量為3的整數倍時，焊接變壓器平均分配在三相之間，當不是3的整數倍時可能出現某兩相工作一相空載的情形，則會導致三相電流不平衡、產生特征諧波以及功率因數低等問題。經測量可知，在系統運行時負序電流不平衡度最高29.65%；最低為28.79%，且該供電系統的平均功率因數為0.65，遠低于電網要求的0.9。

圖1 焊網機電流波形

2 補償裝置的原理

SVG可以依據主電路直流側儲能元件的不同分為電壓型和電流型，電壓型直流側的儲能元件是電容器，電流型直流側儲能元件為電抗器。在實際使用中，電壓型橋式電路的效率比電流型橋式電路高，所以在現場使用中，更多的采用的是電壓型結構的SVG，本文所選的也是電壓型SVG。

SVG主電路由IGBT組成，直流側儲能元件為電容器，通過電抗器并入電網。SVG的控制系統，在工作時首先獲取負載的三相電流、以及其他從電網獲得的信號，將其送到控制器，計算出所需補償的無功電流值，控制IGBT的通斷從而達到控制交流測輸出無功電流的大小，實現無功補償。

通常SVG工作時通過控制IGBT的通斷將直流側的電壓轉換成與電網同頻率的交流測輸出電壓。SVG可以等效的看成是一個與電網相連的電壓源，圖a為帶損耗的單相原理圖，圖b為帶損耗的向量圖。

其中US表示電網電壓，UI表示SVG輸出電壓，UL=US?UI，通過改變US與UI的相位差和UI的幅值，從而改變輸出電流和相位和幅值，以達到SVG吸收或者發出無功功率的大小和性質，滿足生產所需要的無功補償。

3 補償容量及參數計算

考慮到整個供電系統和負載特性，此次補償在焊接車間＃1變壓器二次側安裝一臺SVG來補償焊網機生產時產生的大量的無功功率，#1變壓器容量為1250KVA，共有4臺焊網機、6臺矯切機和15臺行車，所以總的補償容量公式為：

圖2 SVG計損耗原理圖

無功容量計算公式為：

其中P表示總有功功率，cos?1、co s?2分別表示補償前后的功率因數，KA表示同時系數。因為只計算一臺焊網機，所以KA為1，焊網機補償前的cos?1值為0.65，補償后的cos?2值為0.95。已知總的有功功率為292.5KW代入公式（2）中，經計算可得一臺焊網機需要補償的無功容量為245.7KVar。

行車和矯切機的功率分別為127.5kW和270kW，補償前cos?1為0.85、補償后cos?2為0.95，同時工作系數為0.75，將其帶入公式（2）中，計算出行車和矯切機總需要補償的容量為125.5kVar。

將計算得到的焊網機、行車和矯切機的補償容量代入公式（1）中，最后算出總的補償容量為371.2kVar。

本次總的補償容量為371.2kVar，在設計時，采用4個100kVar的功率模塊并聯，4個模塊的型號參數選擇一樣，所以當SVG的補償容量為100kVar，正常運行時的相電流計算公式為公式（3）：

SVG直流側電容的主要作用是濾波和穩壓。一般情況電容值要稍微大一點，但是考慮到實際的成本，在電容選取要將其控制在合理的范圍內，工程上通用算法如公式（4）：

公式（4）中，η為能量補償系數，取值為0.9，ω為系統電壓輸出角頻率，k為直流側電壓波動系數，取值為10%，為直流側電壓值，取值為800V。

SVG中的連接電感主要作用是為了抑制IGBT通斷過程中產生的諧波電流。其值的大小會影響動態響應速度，在實際工程中，則需要根據具體的情況來確定。電感值的計算公式如下：

SVG中最重要的元件是IGBT，IGBT的選擇最主要的兩個方面分別是所能承受的最大耐壓值和額定條件下的工作電流，在此基礎上給與一定的安全裕量。

額定電流計算公式為：

IGBT的額定電壓為：

4 補償裝置的效果分析

圖3 投入后的系統功率因數

圖4 投入后零序電流不平衡度

將SVG裝置投入生產以后，通過PQ-box-200電能質量測試儀在＃1變壓器二次側對供電系統的電能質量進行測試，綜合對比SVG投入前后的系統功率因數、電流波形以及三相電流的不平衡度。通過對比發現，在投入生產以后有了顯著的效果，投入以后系統功率因數在焊接過程中達到了0.96以上；系統的零序電流不平衡度在SVG投入以后最高為0.72%、最低為0.05%左右；投入SVG以后中線電流近似為零，三相電流達到平衡狀態。以上三者數據表明在SVG裝置投入以后其治理效果非常顯著。