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安科瑞智慧型动态无功补偿的工业应用—以江苏某陶瓷生产企业配电房改造为例
更新时间:2023-11-03   点击次数:149次

随着现代社会经济和文化的不断发展,陶瓷生产行业的整体用电量激增,但同时也带来了一系列的电能质量问题,陶瓷生产企业的主要负荷有滚压成型机、球磨机等,例如球磨机采用变频驱动。由于原材料体积不规则,球磨机运行冲击电流较大,同时产357次等谐波,导致传统无功补偿响应跟不上、电容器损坏较多、功率因数较低,影响了电力系统的稳定

1 无功补偿概述

在交流电力系统中,绝大多数负载都是感性负载,如变压器、电动机、压缩机、空调等,其等效电路可看作电R和电L的串联电路,如下4所示。

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4-供电系统等效电 5-功率因数得到提高

5的相量图可知,没有投入电C时,电U和电I的相位角φ1,投入电C后,电U和电I的相位角φ2,电压电流的相位角减小了,则系统的功率因数得到了提升。当容性负荷释放能量时,感性负荷吸收能量;而感性负荷释放能量时,容性负荷吸收能量,能量在两种负荷之间交换,如6所示。这样,感性负荷所吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿,不仅可以提高功率因数和系统电压,还能有效地减少系统电能损耗。

img3 

6-容性负荷和感性负荷的能量交换

从无功相位角度进行分析,纯阻性负载的电压和电流同相位,感性负载的电压超前电流,容性负载的电压滞后电流,如7所示。

img4 

7-无功的相位分析

2 无功补偿的形式

2.1 LC无功补偿

LC无功补偿属于传统的电容补偿,工作时并联在电力系统中,根据电网中负载功率因数的变化,控制电力电容器投切进行无功补偿。其原理为:通CT采集电压、电流信号,再由控制器计算出投切方案,控制投切开关(复合开关、晶闸管开关等)对各组电力电容器进行投切。如8所示。

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8-LC无功补偿的工作原理

2.2 SVG无功补偿

SVG属于有源型无功补偿设备,它将三相桥式电路通过电抗器并联到电网,根据系统的无功功率,通IGBT功率变换器输出满足要求的容性或感性基波电流,从而实现动态无功补偿,不会出现过补或欠补现象,且补偿平滑,不会产生对负载和电网的涌流冲击。其原理如9所示。

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9-SVG无功补偿的工作原理

2.3 智慧型动态无功补偿

LC补偿在负荷变化较快或存在冲击负荷的场合无法做到快速响应,易出现过补或欠补,其LC补偿装置中的并联电容器对谐波电流具有放大作用,容易引起系统谐振,但在成本上较为经济SVG可对感性和容性无功进行连续快速补偿,避免过补和欠补的发生,且不会与系统或负载设备产生谐振,适用于负载快速变化的场合,但其成本也相对较高。

鉴于上述两种补偿方式的优缺点,人们通过研究设计出来一种用于无功补偿的新型电力电子装智慧型动态无功补偿装置。它采用了一种无功补偿综合控制方法,加入控制器来控SVG模块LC模块投切,SVG模块的快速响应、准确补偿的特性来弥LC模块响应速度慢、分级补偿的缺点,相对于SVG补偿又降低了成本。其补偿原理如10所示,检测补偿对象的电压和电流,经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号,该信号经补偿电流发生电路放大,得出补偿电流,然后通过控制器控SVG模块先行投入补偿,随后投LC模块,调SVG模块输出电流以满足无功需求,使功率因数达到设定值。

img7 

10-智慧型动态无功补偿的工作原理

LC补偿(电容补偿)LC+SVG补偿(智慧型无功补偿)的补偿曲线对比如1112所示。

img8img9 

11-电容补 12-智慧型无功补偿

3 智慧型无功补偿的工业应用案例

江苏某陶瓷生产企业的主要负荷为球磨机,在运行时的电流冲击很大,现场谐波357次为主,影响了电力系统的稳定,导致补偿电容器损坏较多、系统功率因数较低。现场配电房的变压器容量1600kVA,原电容柜装机容300kvar。智慧型无功补偿方案应用前后的电能质量数据如1415所示。

img10img11 

14-智慧型无功补偿应用前的电能质量数据

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15-智慧型无功补偿应用后的电能质量数据

根据现场工况,我们采用安科LC+SVG综合控制的智慧型无功补偿方案,由前期测量数据估算所需整柜容量500kvar(两250kvar,主辅柜),另外考虑现场谐波357次为主LC电容补偿采用电抗14%的电抗器与补偿电容进行串联匹配,更能有效的抑制谐波和保护电容器。通过控制器协ANSVG-S-G 100kvar模块与电容器同时进行无功输出,对比治理前后的数据,功率因数0.87提升0.98,因SVG在无功补偿的同时也能治理部分谐波,所B相的电流畸变率由原来23.28%降低9.06%,达到了明显的治理效果。1为单台装机容250kvar智慧型动态无功补偿装置主要设备元件的配置方案。

1-250kvar智慧型动态无功补偿装置主要设备元件配置方案

序号

设备元件名称

规格型号

数量

单位

1

综合补偿控制器(含触摸屏)

SVGC-CON-T

1

2

SVG

ANSVG-S-G 100kvar

1

3

电容器

ANBSMJ-0.525-30-3

5

4

电抗器

ANCKSG-0.525-4.2-14

5

5

晶闸管开关

AFK-TSC-3D/30-2

5

注:此表为主柜主要设备元件,主、辅柜共用一个综合补偿控制器,辅柜其它元件同主柜。

4 结束语

本文对安科瑞智慧型动态无功补偿方案进行了简述,该方案融合LC补偿SVG补偿的优势,实时协调控制电容器SVG补偿模块进行混合无功补偿,确保了无功补偿的快速性、连续性和准确性,同时方案成本也能被大多数企业所接受。通过工程实际案例的应用,对比方案前后的治理效果,提高了系统功率因数,同时也治理了谐波,改善了企业的用电环境,降低了企业电能质量治理投入的大成本,有利于企业的经营和生产,为企业创造了价值。

参考文献

[1] GB 502272017 并联电容器装置设计规范

[2] GBT 15576-2020 低压成套无功功率补偿装置

[3] DLT 1216-2019 低压静止无功发生装置技术规范

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手2022.05

[5] 王兆.谐波抑制和无功补.机械工业出版社

[6] 黄春.一种低压配电系统无功补偿综合控制方.电气技-7

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