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低壓配電系統的無功補償是電能質量治理的重要環節。在傳統無功補償中，響應速度較慢，補償電流呈階梯式，存在過補或欠補的現象，有時未必能到達理想的效果。為了解決這一問題，人們提出了一種無功補償綜合控制方法，通過采集電力系統中的電壓、電流及功率，實時協調控制LC（電容電抗）和SVG（靜止無功發生器）模塊進行混合補償，又稱智慧型動態無功補償，可以實現補償電流的連續輸出。
一
概述
隨著現代社會經濟和文化的不斷發展，陶瓷生產行業的整體用電量激增，但同時也帶來了一系列的電能質量問題，陶瓷生產企業的主要負荷有滾壓成型機、球磨機等，例如球磨機采用變頻驅動。由于原材料體積不規則，球磨機運行沖擊電流較大，同時產生3、5、7次等諧波，導致傳統無功補償響應跟不上、電容器損壞較多、功率因數較低，影響了電力系統的穩定。
二
無功補償的形式
LC無功補償
LC無功補償屬于傳統的電容補償，工作時并聯在電力系統中，根據電網中負載功率因數的變化，控制電力電容器投切進行無功補償。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（復合開關、晶閘管開關等）對各組電力電容器進行投切。如圖所示。
LC無功補償的工作原理
SVG無功補償
SVG屬于有源型無功補償設備，它將三相橋式電路通過電抗器并聯到電網，根據系統的無功功率，通過IGBT功率變換器輸出滿足要求的容性或感性基波電流，從而實現動態無功補償，不會出現過補或欠補現象，且補償平滑，不會產生對負載和電網的涌流沖擊。其原理如圖所示。
SVG無功補償的工作原理
智慧型動態無功補償
LC補償在負荷變化較快或存在沖擊負荷的場合無法做到快速響應，易出現過補或欠補，其次LC補償裝置中的并聯電容器對諧波電流具有放大作用，容易引起系統諧振，但在成本上較為經濟。SVG可對感性和容性無功進行連續快速補償，避免過補和欠補的發生，且不會與系統或負載設備產生諧振，適用于負載快速變化的場合，但其成本也相對較高。
鑒于上述兩種補償方式的優缺點，通過研究設計出來一種用于無功補償的新型電力電子裝置——智慧型動態無功補償裝置。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、準確補償的特性來彌補LC模塊響應速度慢、分級補償的缺點，相對于全SVG補償又降低了成本。其補償原理如圖所示，檢測補償對象的電壓和電流，經指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號，該信號經補償電流發生電路放大，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，調節SVG模塊輸出電流以滿足無功需求，使功率因數達到設定值。
智慧型動態無功補償的工作原理
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所示。
電容補償 智慧型無功補償
三
智慧型無功補償的工業應用案例
江蘇某陶瓷生產企業的主要負荷為球磨機，在運行時的電流沖擊很大，現場諧波以3、5、7次為主，影響了電力系統的穩定，導致補償電容器損壞較多、系統功率因數較低。現場配電房的變壓器容量為1600kVA，原電容柜裝機容量300kvar。智慧型無功補償方案應用前后的電能質量數據如圖所示。
智慧型無功補償應用前的電能質量數據
智慧型無功補償應用后的電能質量數據
根據現場工況，安科瑞LC+SVG綜合控制的智慧型無功補償方案，由前期測量數據估算所需整柜容量為500kvar（兩臺250kvar，主輔柜），另外考慮現場諧波以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行串聯匹配，更能控制諧波和保護電容器。通過控制器協調ANSVG-S-G 100kvar模塊與電容器同時進行無功輸出，對比治理前后的數據，功率因數由0.87提升到0.98，因為SVG在無功補償的同時也能治理部分諧波，所以B相的電流畸變率由原來的23.28%降低到9.06%，達到了明顯的治理效果。表1為單臺裝機容量250kvar智慧型動態無功補償裝置主要設備元件的配置方案。
表1-單臺250kvar智慧型動態無功補償裝置主要設備元件配置方案
四
結語
本文對安科瑞智慧型動態無功補償方案進行了簡述，該方案融合了LC補償和SVG補償的優勢，實時協調控制電容器和SVG補償模塊進行混合無功補償，確保了無功補償的快速性、連續性和準確性，同時方案成本也能被大多數企業所接受。通過工程實際案例的應用，對比方案前后的治理效果，提高了系統功率因數，同時也治理了諧波，改善了企業的用電環境，降低了企業電能質量治理投入的大成本，有利于企業的經營和生產，為企業創造了價值。
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