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【產(chǎn)品應(yīng)用】智慧型動態(tài)無功補償?shù)墓I(yè)應(yīng)用

瀏覽次數(shù):551更新時間:2023-11-03

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

   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。

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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,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。

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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。

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圖7-無功的相位分析

2 無功補償?shù)男问?/span>

2.1 LC無功補償

   LC無功補償屬于傳統(tǒng)的電容補償,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。

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圖8-LC無功補償?shù)墓ぷ髟?/span>

2.2 SVG無功補償

   SVG屬于有源型無功補償設(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)無功補償,不會出現(xiàn)過補或欠補現(xiàn)象,且補償平滑,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。

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圖9-SVG無功補償?shù)墓ぷ髟?/span>

2.3 智慧型動態(tài)無功補償

   LC補償在負(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)過補或欠補,其次LC補償裝置中的并聯(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)快速補償,避免過補和欠補的發(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償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置——智慧型動態(tài)無功補償裝置。它采用了一種無功補償綜合控制方法,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)確補償?shù)奶匦詠韽浹aLC模塊響應(yīng)速度慢、分級補償?shù)娜秉c,相對于全SVG補償又降低了成本。其補償原理如圖10所示,檢測補償對象的電壓和電流,經(jīng)指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號,該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大,得出補償電流,然后通過控制器控制SVG模塊先行投入補償,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。

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圖10-智慧型動態(tài)無功補償?shù)墓ぷ髟?/span>

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

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圖11-電容補償 圖12-智慧型無功補償

3 智慧型無功補償?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。

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

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圖15-智慧型無功補償應(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電容補償采用電抗率14%的電抗器與補償電容進(jìn)行串聯(lián)匹配,更能有效的抑*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)無功補償裝置主要設(shè)備元件的配置方案。

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表1-單臺250kvar智慧型動態(tài)無功補償裝置主要設(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)無功補償方案進(jìn)行了簡述,該方案融*了LC補償和SVG補償?shù)膬?yōu)勢,實時協(xié)調(diào)控制電容器和SVG補償模塊進(jìn)行混合無功補償,確保了無功補償?shù)目焖傩浴⑦B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*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。

作者介紹

未曉妃,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。

 

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