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 菏澤某不銹鋼有限公司主要生產(chǎn)各種角鋼、T型鋼等不銹鋼，每年可生產(chǎn)各種不銹鋼30萬(wàn)噸。公司內主變壓器有1200kVA、1500kVA、2000kVA整流變，以及1600kVA動(dòng)力變，主負荷為橫列式軋鋼機、連軋生產(chǎn)線(xiàn)。橫列式軋機為三輥式軋鋼機，由一臺1250kW/10kV的高壓電機驅動(dòng)；連軋生產(chǎn)線(xiàn)有8臺平軋、2臺立軋以及一臺飛剪組成。軋鋼機運行時(shí)產(chǎn)生大量無(wú)功功率，致使公司10kV進(jìn)線(xiàn)端的功率因數降低；軋鋼時(shí)有功、無(wú)功功率的沖擊，引起了電網(wǎng)電壓的閃變。

橫列式軋鋼機的動(dòng)力電機為1250kW/10kV交流電機，而連軋生產(chǎn)線(xiàn)全部是220kW、400kW、480kW、560kW不同功率的10臺直流軋機，其控制柜輸入端為整流電路，產(chǎn)生大量諧波污染，因此整個(gè)現場(chǎng)需要進(jìn)行全方位的電能質(zhì)量治理，包括無(wú)功補償、電網(wǎng)電壓閃變抑制和諧波治理。

本項目為新建項目，電網(wǎng)電壓為10kV，為了滿(mǎn)足變電所要求的功率因數、有效的抑制電網(wǎng)電壓閃變、減小電網(wǎng)諧波，引入SVG補償裝置。

3臺整流變壓器為直流軋機的控制柜提供電源，1臺動(dòng)力變壓器為生產(chǎn)線(xiàn)上的驅動(dòng)電機提供電源，1250kW/10kV的高壓電機通過(guò)配電柜接入10kV電網(wǎng)。

2.2 現場(chǎng)負荷情況

 本項目現場(chǎng)負荷情況如表1所示。

表1負荷情況表

現場(chǎng)主要負荷是1臺1250kW/10kV橫列式軋鋼機和數臺不同功率等級的低壓直流軋機，以及生產(chǎn)線(xiàn)上運動(dòng)部件的低壓交流驅動(dòng)電機。

2.3 本項目現場(chǎng)存在的問(wèn)題

通過(guò)現場(chǎng)考察，現場(chǎng)主要有3個(gè)問(wèn)題：

（1）電網(wǎng)電壓閃變。入廠(chǎng)為10kV電網(wǎng)，電網(wǎng)容量有限。1250kW/10kV交流電機，直接掛在10kV電網(wǎng)，啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)，對電網(wǎng)造成較大的無(wú)功、有功沖擊，引起電網(wǎng)劇烈下降，10100V的電網(wǎng)電壓最低跌落至9200V，超過(guò)了電網(wǎng)規定的電能質(zhì)量標準。橫列式軋機是生產(chǎn)線(xiàn)上第一級軋機，屬于粗軋，軋鋼過(guò)程也能引起電網(wǎng)電壓閃變500V左右。

（2）功率因素低。平均功率因數為0.75左右，存在電力公司的罰款問(wèn)題。

（3）諧波問(wèn)題。大量的直流軋機產(chǎn)生了產(chǎn)生大量6N±1 為主的諧波，同時(shí)負荷為沖擊性負載，運行過(guò)程中對電網(wǎng)電壓也會(huì )引起閃變等現象。

 2.4 本項目現場(chǎng)補償方案

軋鋼機在運行過(guò)程中產(chǎn)生了大量的感性無(wú)功需求，無(wú)功功率快速變化，現場(chǎng)感性無(wú)功功率短時(shí)有4500kvar的劇烈變化，造成電網(wǎng)電壓閃變。電網(wǎng)電壓的閃變對于軋鋼質(zhì)量，以及電網(wǎng)上其它用電設備的安全運行帶來(lái)嚴重的影響。大量的直流軋機產(chǎn)生了5、7次諧波，對于此類(lèi)軋機現場(chǎng)需要快速的無(wú)功補償來(lái)抑制電網(wǎng)電壓閃變、提高功率因數，同時(shí)進(jìn)行諧波補償。

根據現場(chǎng)負荷的特點(diǎn)，傳統的固定電容器、SVC等技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足現場(chǎng)快速無(wú)功補償以及諧波治理的需求，對于軋鋼機現場(chǎng)需要使用當今較先進(jìn)的高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償技術(shù)。現場(chǎng)選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司一臺SVG，在電網(wǎng)系統接入點(diǎn)處進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補償。

       負荷總容量約8000kW，現場(chǎng)平均功率因數為0.75，補償后功率因數目標值為0.95，根據以下計算公式計算基波無(wú)功需求值：

得到需要補償的無(wú)功功率量大約4400kvar，考慮到負荷利用率不可能達到100%，因此基于成本考慮可選用4000kvar的SVG補償容量。

山東新風(fēng)光10kV SVG的結構示意圖如圖2所示。主電路采用鏈式串聯(lián)結構設計，每一相由多個(gè)相同的功率單元組成。每個(gè)功率單元由多個(gè)大功率的電力電子器件組成橋式電路，單元串聯(lián)和載波移相技術(shù)使整機輸出電壓波形更接近于正弦波，避免了大的du/dt所導致的諸多問(wèn)題。

FGSVG系列產(chǎn)品采用進(jìn)口電力電子模塊作為主功率器件，多個(gè)DSP和FPGA組成強大的控制系統。在控制算法上采用了先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)功理論，實(shí)現了對系統/負載無(wú)功功率的快速準確的檢測。為了得到更快的響應速度和更高的性能采用了電流直接控制技術(shù)和載波移相技術(shù)，實(shí)現了并網(wǎng)無(wú)功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形。FGSVG能夠快速連續地提供容性或者感性無(wú)功功率，實(shí)現適當的電壓和無(wú)功功率控制，保障電力系統穩定、有效、優(yōu)質(zhì)地運行。

FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設計，滿(mǎn)足系統高可靠性的需求，模塊化設計集成度高，功率單元互換性好，現場(chǎng)安裝、維護簡(jiǎn)單，占地面積小，通常只有相同容量SVC的50%。可多臺FGSVG并聯(lián)安裝，極易擴展容量；并聯(lián)運行使用高速光纖通訊，通訊速度快，能夠滿(mǎn)足快速補償的要求。此外現場(chǎng)操作非常簡(jiǎn)單，超大尺寸的觸摸屏具有豐富的顯示界面，例如實(shí)時(shí)狀態(tài)量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監控、系統信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有上電控制系統自檢、一鍵開(kāi)停機、分時(shí)控制、示波器（AD錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

4 現場(chǎng)補償效果

4.1  FGSVG調試

在現場(chǎng)FGSVG通過(guò)高壓配電柜接入10kV電網(wǎng)，檢測10kV系統側的電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補償。FGSVG具有多種自動(dòng)補償模式，如恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負載補償模式，以及綜合補償等，現場(chǎng)采用恒考核點(diǎn)功率因素進(jìn)行電壓綜合補償。調試投運之后，SVG自動(dòng)跟蹤補償，無(wú)需現場(chǎng)人員參與。

SVG具有多種通信接口，例如RS-485、以太網(wǎng)接口，以及多種電力系統常用通信規約，如MODBUS_RTU、CDT91、IEC104等，可以與后臺進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。在生產(chǎn)過(guò)程中，現場(chǎng)人員只需定期的巡檢、清掃，操作、維護非常簡(jiǎn)單。現場(chǎng)運行中的FGSVG照片如圖3所示。

圖3  FGSVG現場(chǎng)外觀(guān)圖

4.2  補償效果

FGSVG運行后無(wú)功功率補償效果非常理想，系統側平均功率因數穩定在0.94以上,系統側的無(wú)功功率降低到500kvar以下，如圖4。FGSVG投運后對沖擊性無(wú)功功率快速補償，有效的抑制了電網(wǎng)電壓的閃變，電網(wǎng)電壓最大波動(dòng)200V，基本穩定在10500V附近，保證了用電設備的安全運行，如圖5。

圖4 SVG工作后系統側無(wú)功數據曲線(xiàn)                                                                圖5 SVG工作后電壓有效值曲線(xiàn)

理想的補償效果歸功于FGSVG響應速度小于等于5ms，極快的響應速度可以對無(wú)功沖擊進(jìn)行有效補償，對電網(wǎng)電壓閃變的抑制能力更強，諧波補償效果理想，如圖6所示。

圖6 補償后的系統10kV電壓總諧波畸變5 結束語(yǔ)

現場(chǎng)使用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置之后，電網(wǎng)側的月平均功率因數超過(guò)0.94，不僅避免了電力公司的罰款問(wèn)題，而且每月還有一定比例的獎勵。電網(wǎng)電壓閃變得到有效的抑制，電網(wǎng)最大波動(dòng)不超過(guò)200V，保證了廠(chǎng)內，以及電網(wǎng)上其他用電設備的安全運行。