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来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/28 21:47:01
SVC无功补偿技术在济钢热连轧的应用
阐述了济钢热连轧生产线为了降低轧机轧钢时产生的无功冲击、谐波电流等对电力系统和用电设备造成的影响而采用SVC 无功补偿技术。通过分析运行中的SVC 无功补偿系统对电网电能质量的改变情况，得出了在SVC 无功补偿系统投入运行后对抑制电压波动、抑制谐波电流、提高系统功率因数等都起到了明显的改善和提高作用。1 引 言济钢热连轧生产线共有7 台轧机，其中1 台粗轧机，电机额定功率为2×7 000 kW；6 台精轧机，前4 台电机的额定功率为7 000 kW，后2 台电机额定功率分别为6 000 kW和5 000 kW。轧机主传动系统采用了全数字交交变频装置，这些设备均接入35 kV母线进而通过2 台主变压器(75 MVA，110 kV/35 kV，U1－2＝10.5 %，U1－3＝19 %，U2－3＝6.5 %)与上级电网相连，由于轧机及其配套设备特殊的负荷特性，给电网带来了许多不良影响，诸如：母线电压波动大、谐波电流大、功率因数低等。因此，为了提高轧机的利用率及电能质量，在两段35 kV母线上分别装设了2 套SVC 装置，该装置采用的是固定电容2 晶闸管控制电抗型无功补偿器(FC2TCR)型式，工程主接线图如图1 所示。
图1 SVC 系统主接线图
采用3，4，5，6次支路是因为滤波器与系统的2 个并联谐振点分别在4 次和6 次谐波频率附近，会造成这2 个频率附近的某次旁频电流放大。如果采取常规的滤波支路则在4 次和6 次谐波附近不但不能够起到滤波作用，反而会引起谐波与系统发生并联谐振，造成谐波放大，甚至危及设备安全。因此经过计算分析，决定采取3 次、4 次、5次、6 次4 组二阶高通滤波支路，这样不但可以避免上述问题，还可以很好地抑制6 次、7 次、11 次及以上高次谐波电流，取得较好的滤波效果。
2 轧机及其调速系统特性
轧机在生产过程中产生的有功和无功冲击负荷很大，严重影响了热轧厂的产品质量和上级主变压器的稳定运行。由于采用了交交变频调速装置，导致产生大量的谐波，谐波电流导致35 kV 母线电压畸变率超标，严重影响了用户本身及电网用电设备的安全运行。另外，由于轧机系统消耗大量的无功功率，导致电网功率因数降低约为0.45 同时从电网吸收大量的无功，加重了电网负担和损耗，降低了供电电网的电能质量。因此必须采取必要的治理措施，而FC2TCR 型动态无功补偿装置(SVC)是正确的选择。
3 基本结构
固定电容2晶闸管控制电抗型无功补偿器(FC2TCR SVC)的单相原理图如图2 所示，其中电容支路(实际应用中常用滤波网络代替)为固定连接，TCR 支路采取触发延迟控制从而可以形成连续可控的感性无功，滤波网络在基频下相当于容性阻抗，产生需要的容性无功，而在特定频段内表现为低阻抗从而对TCR 产生的谐波分量起到滤波作用。
图2 FC2TCR SVC 单相原理
FC2TCR 型SVC 总的无功输出为TCR 和FC 支路之和，即:Q＝QL＋QC。当TCR 支路断开时，触发角α＝90°；逐渐减小触发角时TCR 输出的感性无功增加，从而实现了无功功率从感性到容性的平滑调节；当α＝0°时，TCR 支路“全导通”，装置输出的感性无功最大。
4 基本控制原理
FC2TCR 型SVC 进行控制的原理图如图3所示，包括4 个功能模块。
图3 FC2TCR SVC 控制原理图
1)信号调理计算模块对SVC 装置内各次滤波支路三相电流、负荷三相电流、35 kV 三相总进线电流进行线性调理，从而得出TCR 支路要补偿三相电流的参考值和35 kV 三相总进线电流。
2)DSP 运算功能模块是整个SVC 系统的核心，它以40 MHz 主频进行浮点数快速触发角计算。通过对功率因数、电压波动和负序电流的分析处理获得三相触发角，它既有动态无功补偿的性能，又有稳定母线电压的功能，并对二者采用加权控制的方法实现提高母线运行功率因数和抑制母线电压波动、减小闪变的功能。
3)电压同步功能模块将三相母线电压转换为方波信号，方波信号的前沿分别对应于电压0，100，165 处，0 同步方波是触发计时的基准；100，165 是触发保护窗口的前后沿，从而保证了能够准确而可靠的发出触发脉冲角度。
4)逻辑触发模块将DSP 模块发来的触发相位转换为多脉冲触发信号，经光电转换环节以光触发信号输出到高电位板进行触发，从而完成触发功能。值得注意的是高电位板(TE板) 在这里起着相当重要的作用，它是系统的中间纽带，将逻辑触发模块发来的触发信号解码去触发晶闸管，同时把晶闸管的状态发回到监控系统，另外还有一个相当重要的功能就是能够实现晶闸管的后备触发(BOD)：当正常的触发通道发生故障时，BOD 触发就会作为后备触发通道，向晶闸管发出触发脉冲，将晶闸管强行导通，从而避免晶闸管被击穿。
5 损耗分析
FC2TCR 型SVC 的损耗主要包括3 部分：
1)FC 部分的损耗，这一部分损耗是很小的；
2)TCR 支路中电抗器的损耗，与支路电流的平方近似成正比关系；
3)晶闸管损耗，这其中包括触发电路损耗、开通关断损耗、通态和阻态损耗以及晶闸管发热部分等。
因此，总的损耗随着输出感性无功的增加而增加，随着输出容性无功的增加而减少，如图4 所示。
图4 FC2TCR SVC 损耗分析
补偿效果有如下3 方面：
1)功率因数得到提高。SVC 投入运行以后，35 kV 电网的功率因数得到了明显的提高，投入SVC 之前系统的功率因数仅为0. 45；投入之后负荷平均轧制功率因数为0.98，高于电力部门要求的限值0.9，大大提高了变压器的使用效率，减少了无功损耗。
2)电压波动有所改善。投入SVC 之前在额定轧制工况下，可使35 kV 母线电压波动达到9.58 % ，远远超过了国家标准限值，为国家标准限值的4.76 倍，三相无功冲击约为48.4 Mvar；投入之后母线电压波动值为1. 67 %左右，满足国家标准2 %的限值。
3)谐波电流有所降低。SVC 投入之前， 35 kV 母线电压总畸变率为11.9 %。SVC 投入后，35 kV 母线电压总畸变率为2.61 % ，低于国家标准限值3 %。具体测试数据如表1 所示。
表1 SVC投入前后谐波电流和电压畸变率的对比分析
7 结束语
从以上分析可以看出，SVC 系统对轧机等非线性负荷产生的电压波动和闪变、谐波电流以及功率因数等一系列电能质量问题都有良好的改善作用，特别是在我们提倡发展环保型社会的今天，电网的污染问题已经变得越来越突出，要想使其尽快地得到治理，SVC 技术具有相当的可行性。磁场定向闭环控制系统电压的利用率，从而可以获得更大的电流，这对提高闭环控制系统的动态性能和带载能力是非常有利的。