隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)和文化的不斷發(fā)展，陶瓷生產(chǎn)行業(yè)的整體用電量激增,，但同時也帶來了一系列的電能質(zhì)量問題,，陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的主要負(fù)荷有滾壓成型機(jī)、球磨機(jī)等,，例如球磨機(jī)采用變頻驅(qū)動,。由于原材料體積不規(guī)則，球磨機(jī)運(yùn)行沖擊電流較大,，同時產(chǎn)生3,、5、7次等諧波,，導(dǎo)致傳統(tǒng)無功補(bǔ)償響應(yīng)跟不上,、電容器損壞較多、功率因數(shù)較低,，影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,，

1 無功補(bǔ)償概述

在交流電力系統(tǒng)中，絕大多數(shù)負(fù)載都是感性負(fù)載,，如變壓器,、電動機(jī)、壓縮機(jī),、空調(diào)等,，其等效電路可看作電阻R和電感L的串聯(lián)電路，如下圖4所示,。

由圖5的相量圖可知,，沒有投入電容C時，電壓U和電流I的相位角為φ1,，投入電容C后,，電壓U和電流I的相位角為φ2，電壓電流的相位角減小了,，則系統(tǒng)的功率因數(shù)得到了提升,。當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時,，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時,，容性負(fù)荷吸收能量,，能量在兩種負(fù)荷之間交換，如圖6所示,。這樣,，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可從容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，不僅可以提高功率因數(shù)和系統(tǒng)電壓,，還能有效地減少系統(tǒng)電能損耗,。

圖6-容性負(fù)荷和感性負(fù)荷的能量交換

從無功相位角度進(jìn)行分析，純阻性負(fù)載的電壓和電流同相位,，感性負(fù)載的電壓超前電流,，容性負(fù)載的電壓滯后電流，如圖7所示,。

圖7-無功的相位分析

2 無功補(bǔ)償?shù)男问?/span>

2.1 LC無功補(bǔ)償

LC無功補(bǔ)償屬于傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償,，工作時并聯(lián)在電力系統(tǒng)中，根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化,，控制電力電容器投切進(jìn)行無功補(bǔ)償,。其原理為：通過CT采集電壓、電流信號,，再由控制器計算出投切方案,，控制投切開關(guān)（復(fù)合開關(guān)、晶閘管開關(guān)等）對各組電力電容器進(jìn)行投切,。如圖8所示,。

圖8-LC無功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/span>

2.2 SVG無功補(bǔ)償

SVG屬于有源型無功補(bǔ)償設(shè)備，它將三相橋式電路通過電抗器并聯(lián)到電網(wǎng),，根據(jù)系統(tǒng)的無功功率,，通過IGBT功率變換器輸出滿足要求的容性或感性基波電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償,，不會出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)現(xiàn)象,，且補(bǔ)償平滑，不會產(chǎn)生對負(fù)載和電網(wǎng)的涌流沖擊,。其原理如圖9所示,。

圖9-SVG無功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/span>

2.3 智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償

LC補(bǔ)償在負(fù)荷變化較快或存在沖擊負(fù)荷的場合無法做到快速響應(yīng)，易出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ),，其次LC補(bǔ)償裝置中的并聯(lián)電容器對諧波電流具有放大作用,，容易引起系統(tǒng)諧振，但在成本上較為經(jīng)濟(jì)。SVG可對感性和容性無功進(jìn)行連續(xù)快速補(bǔ)償,，避免過補(bǔ)和欠補(bǔ)的發(fā)生,，且不會與系統(tǒng)或負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生諧振，適用于負(fù)載快速變化的場合,，但其成本也相對較高,。

鑒于上述兩種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點，人們通過研究設(shè)計出來一種用于無功補(bǔ)償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置——智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置,。它采用了一種無功補(bǔ)償綜合控制方法,，加入控制器來控制SVG模塊和LC模塊投切，用SVG模塊的快速響應(yīng),、準(zhǔn)確補(bǔ)償?shù)奶匦詠韽浹a(bǔ)LC模塊響應(yīng)速度慢,、分級補(bǔ)償?shù)娜秉c，相對于全SVG補(bǔ)償又降低了成本,。其補(bǔ)償原理如圖10所示,，檢測補(bǔ)償對象的電壓和電流,，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路計算得出補(bǔ)償電流的指令信號,，該信號經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流,，然后通過控制器控制SVG模塊先行投入補(bǔ)償,，隨后投入LC模塊，調(diào)節(jié)SVG模塊輸出電流以滿足無功需求,，使功率因數(shù)達(dá)到設(shè)定值,。

圖10-智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/span>

LC補(bǔ)償（電容補(bǔ)償）和LC+SVG補(bǔ)償（智慧型無功補(bǔ)償）的補(bǔ)償曲線對比如圖11、圖12所示,。

3 智慧型無功補(bǔ)償?shù)墓I(yè)應(yīng)用案例

江蘇某陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的主要負(fù)荷為球磨機(jī),，在運(yùn)行時的電流沖擊很大，現(xiàn)場諧波以3,、5,、7次為主，影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,，導(dǎo)致補(bǔ)償電容器損壞較多,、系統(tǒng)功率因數(shù)較低。現(xiàn)場配電房的變壓器容量為1600kVA,，原電容柜裝機(jī)容量300kvar,。智慧型無功補(bǔ)償方案應(yīng)用前后的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)如圖14、圖15所示,。

根據(jù)現(xiàn)場工況,，我們采用安科瑞LC+SVG綜合控制的智慧型無功補(bǔ)償方案，由前期測量數(shù)據(jù)估算所需整柜容量為500kvar（兩臺250kvar，主輔柜）,，另外考慮現(xiàn)場諧波以3,、5、7次為主,，LC電容補(bǔ)償采用電抗率14%的電抗器與補(bǔ)償電容進(jìn)行串聯(lián)匹配,，更能有效的抑制諧波和保護(hù)電容器。通過控制器協(xié)調(diào)ANSVG-S-G 100kvar模塊與電容器同時進(jìn)行無功輸出,，對比治理前后的數(shù)據(jù),，功率因數(shù)由0.87提升到0.98，因為SVG在無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r也能治理部分諧波,，所以B相的電流畸變率由原來的23.28%降低到9.06%,，達(dá)到了明顯的治理效果。表1為單臺裝機(jī)容量250kvar智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要設(shè)備元件的配置方案,。

表1-單臺250kvar智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要設(shè)備元件配置方案

4 結(jié)束語

本文對安科瑞智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償方案進(jìn)行了簡述,，該方案融合了LC補(bǔ)償和SVG補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢，實時協(xié)調(diào)控制電容器和SVG補(bǔ)償模塊進(jìn)行混合無功補(bǔ)償,，確保了無功補(bǔ)償?shù)目焖傩?、連續(xù)性和準(zhǔn)確性，同時方案成本也能被大多數(shù)企業(yè)所接受,。通過工程實際案例的應(yīng)用,，對比方案前后的治理效果，提高了系統(tǒng)功率因數(shù),，同時也治理了諧波,，改善了企業(yè)的用電環(huán)境，降低了企業(yè)電能質(zhì)量治理投入的大成本,，有利于企業(yè)的經(jīng)營和生產(chǎn),，為企業(yè)創(chuàng)造了價值。

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安科瑞智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)墓I(yè)應(yīng)用 —— 江蘇某陶瓷生產(chǎn)企業(yè)配電房改造

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