摘要：本文介紹了新風光電子科技股份有限公司一臺SVG（型號為FGSVG-C12.5/35），在廣東某鋼鐵廠補償電弧爐負載的應(yīng)用情況。高壓動態(tài)無功補償發(fā)生裝置的現(xiàn)場應(yīng)用情況表明，動態(tài)無功補償發(fā)生裝置對于電弧爐現(xiàn)場具有很好的補償效果。

1引言

    國家相關(guān)部門在2016年12月初印發(fā)了《關(guān)于堅決遏制鋼鐵煤炭違規(guī)新增產(chǎn)能，打擊“地條鋼”，建設(shè)生產(chǎn)經(jīng)營秩序的通知》。所謂地條鋼，指的是以廢鋼鐵為原料、經(jīng)過感應(yīng)爐等熔化、不能有效地進行成分和質(zhì)量控制而生產(chǎn)的鋼材。這種鋼材主要為建筑用鋼，被認為存在著嚴重的質(zhì)量隱患，熔煉這種鋼材的設(shè)備主要是中頻爐。

    廣東某鋼鐵廠主要生產(chǎn)鋼筋盤卷，是一家聚煉鋼-軋鋼一條龍作業(yè)的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。2017年年初為了提高煉鋼質(zhì)量進行了中轉(zhuǎn)電改造，拆掉中頻爐，安裝電弧爐。電弧爐投運后，引起35kV電網(wǎng)電壓波動，閃變值嚴重超標，直接導致附近的水力發(fā)電站無法正常生產(chǎn)。

    電弧爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，但是對電網(wǎng)電壓影響嚴重。電弧爐熔化期爐料尚未熔化，電弧不穩(wěn)定，斷弧、重燃經(jīng)常出現(xiàn)，有時會在電極間形成短路。在熔化初期，電流波形不規(guī)律，諧波含量大，主要是低次諧波，嚴重時諧波電流含有率超過20%。在熔化初期，三相不平衡電流含有較大的負序分量，當一相熄弧、另外兩相短路時，電流的基波負序比重最大。電弧爐最重要的影響不是諧波問題，而是電壓波動和閃變。電壓波動、閃變對電網(wǎng)及其它用電設(shè)備的安全運行產(chǎn)生嚴重的影響。

2電弧爐現(xiàn)場用電特點及補償需求

2.1現(xiàn)場配電系統(tǒng)一次圖

廣東某鋼鐵廠現(xiàn)場配電系統(tǒng)一次圖，如圖1所示。

圖1現(xiàn)場配電系統(tǒng)一次圖

2.2現(xiàn)場負荷情況

本項目現(xiàn)場負荷情況如表1所示。

表1負荷情況表

負荷名稱電壓等級額定功率臺數(shù)負荷類型備注

1#電弧爐35kV16000kVA1感性負荷沖擊性

2#電弧爐35kV16000kVA1感性負荷沖擊性

鋼廠在中頻爐改電弧爐的同時，安裝了FC補償裝置，如表2所示。

表2FC補償裝置

負荷名稱電壓等級安裝容量基波容量調(diào)諧次數(shù)濾波器類型

2次FC35kV4100kvar2500kvar2單調(diào)諧

3次FC35kV5400kvar4000kvar3單調(diào)諧

4次FC35kV3100kvar2200kvar4單調(diào)諧

5次FC35kV5000kvar3500kvar5單調(diào)諧

2.3本項目現(xiàn)場存在的電能質(zhì)量問題

    鋼廠電弧爐投運之后，雖然安裝了FC補償裝置，但是無法處理電弧爐快速的無功沖擊，補償容量也嚴重不足。電網(wǎng)電壓閃變值嚴重超標，電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定導致附近的水力發(fā)電站無法正常生產(chǎn)，發(fā)電機組劇烈振動，無功電流、有功電流劇烈波動。此外在電弧爐的負荷變低時，系統(tǒng)側(cè)存在過補償問題。

    鋼廠業(yè)主為了降低投資，只要求電弧爐投運后不影響周邊企業(yè)生產(chǎn)，功率因數(shù)提高到0.9以上。

2.4本項目現(xiàn)場補償方案

    根據(jù)現(xiàn)場電能質(zhì)量情況和用戶需求，合理的設(shè)計補償容量。測試數(shù)據(jù)表明電弧爐最大無功沖擊可以達到電弧爐變壓器的容量2倍以上，如圖2所示。

圖2電弧爐無功功率曲線圖

    考慮到成本和現(xiàn)場工況，本項目補償方案是在已有補償裝置（FC）的基礎(chǔ)上，增加一臺35kV直掛FGSVG，F(xiàn)GSVG裝置容量12.5Mvar。

3新風光SVG基本原理介紹

    SVG是目前國內(nèi)外最為先進的無功補償裝置，這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換?；驹砭褪菍⒆該Q相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹VG具有快速的電流響應(yīng)速度和較強的電壓閃變抑制能力。

圖3FGSVG結(jié)構(gòu)示意圖

    新風光35kV直掛SVG的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。主電路采用鏈式串聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計，每一相由多個相同的功率單元組成。每個功率單元由多個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所導致的諸多問題。

    FGSVG系列產(chǎn)品采用進口電力電子模塊作為主功率器件，多個DSP和FPGA組成強大的控制系統(tǒng)。在控制算法上采用瞬時無功理論，實現(xiàn)對系統(tǒng)/負載無功功率的快速準確的檢測。為了得到更快的響應(yīng)速度和更高的性能采用電流直接控制技術(shù)和載波移相技術(shù)，實現(xiàn)并網(wǎng)無功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形，如圖4所示。FGSVG能夠快速連續(xù)地提供容性或者感性無功功率，實現(xiàn)適當?shù)碾妷汉蜔o功功率控制，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)地運行。

圖4感性額定電流到容性額定電流響應(yīng)時間測試波形

    FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設(shè)計，滿足系統(tǒng)高可靠性的需求，模塊化設(shè)計集成度高，功率單元互換性好，現(xiàn)場安裝、維護簡單，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，能夠滿足快速補償?shù)囊?。此外現(xiàn)場操作非常簡單，超大尺寸的觸摸屏具有豐富的顯示界面，例如實時狀態(tài)量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有上電控制系統(tǒng)自檢、一鍵開停機、分時控制、示波器（AD錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

4補償效果

4.1FGSVG調(diào)試

    在現(xiàn)場FGSVG通過高壓配電柜接入35kV電網(wǎng)，通過PT、CT檢測35kV系統(tǒng)側(cè)的電網(wǎng)電壓和電流，進行自動跟蹤補償。FGSVG具備PT、CT自動識別功能，現(xiàn)場配電柜合閘后，F(xiàn)GSVG主控制器自動分析PT、CT接線，辨別PT、CT相序之后可以直接開機自動跟蹤補償。FGSVG具有多種自動補償模式，如恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式，以及綜合補償模式。

    FGSVG并網(wǎng)完成后，為方便用戶遠程監(jiān)控SVG運行數(shù)據(jù)，用戶原監(jiān)控電腦通過雙絞線連接到SVG的對外通信接口，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。FGSVG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(tǒng)常用通信規(guī)約，如MODBUS_RTU、CDT91、IEC104等，可以與后臺進行聯(lián)網(wǎng)通信。在生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場人員只需定期的巡檢、清掃，操作、維護非常簡單?，F(xiàn)場運行FGSVG照片如圖5所示。

圖5現(xiàn)場運行FGSVG

4.2補償效果

在SVG投運之前，短時間閃變值最大達到11.0左右，如圖6所示。

圖6SVG投運前的短時閃變值

    FGSVG在投運之后，抑制電網(wǎng)電壓波動效果顯著，測得到的最大閃變值降低到3.0左右，如圖7所示。FGSVG投運之后電網(wǎng)電壓波動范圍顯著減小，附近的水力發(fā)電站投運之后，發(fā)電機組之前的劇烈振動消失，無功電流穩(wěn)定，有功電流輕微波動，已經(jīng)不影響生產(chǎn)。

圖7SVG投運后的短時閃變值

5結(jié)束語

    電弧爐是冶金行業(yè)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響最嚴重的設(shè)備，其運行時產(chǎn)生大量的諧波、負序、閃變，危害最大的是閃變，影響程度與電弧爐的容量、電網(wǎng)容量有很大關(guān)系。此鋼鐵廠為了降低投資成本，補償容量選配的偏小，但是在使用新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓動態(tài)無功補償裝置（FGSVG）之后，電網(wǎng)電壓閃變值顯著降低，不僅消除了電弧爐對水力發(fā)電站的影響，而且鋼廠的月平均功率因數(shù)也提高到0.96以上。

參考文獻：

1、王兆安，楊君，劉進軍等.諧波抑制和無功功率補償-2版.機械工業(yè)出版社，2005.10.

2、栗春,馬曉軍,姜齊榮等.用STATCOM改善系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)特性的動模試驗[J].中國電機工程學報,1999,19(9):46-49.

3、《FGSVG系列高壓動態(tài)無功補償裝置用戶操作手冊（V2.1）》，新風光電子科技股份有限公司，2015.4.