摘要：低壓配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償是電能質(zhì)量治理的重要環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)無功補(bǔ)償中,，響應(yīng)速度較慢,，補(bǔ)償電流呈階梯式，存在過補(bǔ)或欠補(bǔ)的現(xiàn)象,，有時(shí)未必能到達(dá)理想的效果,。為了解決這一問題，人們提出了一種無功補(bǔ)償綜合控制方法,，通過采集電力系統(tǒng)中的電壓,、電流及功率，實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制LC（電容電抗）和SVG（靜止無功發(fā)生器）模塊進(jìn)行混合補(bǔ)償,，又稱智慧型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償,，可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流的連續(xù)輸出。將此方案應(yīng)用于工程實(shí)際中,，結(jié)果表明該方案可以有效地改善供電質(zhì)量,、提高系統(tǒng)功率因數(shù)。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量,；無功補(bǔ)償綜合控制,；LC；靜止無功發(fā)生器,；智慧型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償

0引言

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(shí)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(dòng),。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(shí)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(dòng)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,。

圖4-供電系統(tǒng)等效電路                   圖5-功率因數(shù)得到提高

由圖5的相量圖可知，沒有投入電容C時(shí),，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(shí),，感性負(fù)荷吸收能量,；而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)動(dòng)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(dòng)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(diǎn),，人們通過研究設(shè)計(jì)出來一種用于無功補(bǔ)償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置——智慧型動(dòng)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(diǎn),，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(jì)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(dòng)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,。

圖11-電容補(bǔ)償                  圖12-智慧型無功補(bǔ)償

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(shí)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?，F(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,。

圖14-智慧型無功補(bǔ)償應(yīng)用前的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)

圖15-智慧型無功補(bǔ)償應(yīng)用后的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)

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(shí)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?yàn)镾VG在無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)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(dòng)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(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要設(shè)備元件配置方案結(jié)束語