隨著(zhù)現代社會(huì )經(jīng)濟和文化的不斷發(fā)展，陶瓷生產(chǎn)行業(yè)的整體用電量激增，但同時(shí)也帶來(lái)了一系列的電能質(zhì)量問(wèn)題，陶瓷生產(chǎn)企業(yè)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(dòng)。由于原材料體積不規則，球磨機運行沖擊電流較大，同時(shí)產(chǎn)生3、5、7次等諧波，導致傳統無(wú)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。

1 無(wú)功補償概述

在交流電力系統中，絕大多數負載都是感性負載，如變壓器、電動(dòng)機、壓縮機、空調等，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。

圖4-供電系統等效電路 圖5-功率因數得到提高

由圖5的相量圖可知，沒(méi)有投入電容C時(shí)，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，則系統的功率因數得到了提升。當容性負荷釋放能量時(shí)，感性負荷吸收能量；而感性負荷釋放能量時(shí)，容性負荷吸收能量，能量在兩種負荷之間交換，如圖6所示。這樣，感性負荷所吸收的無(wú)功功率可從容性負荷輸出的無(wú)功功率中得到補償，不僅可以提高功率因數和系統電壓，還能有效地減少系統電能損耗。

圖6-容性負荷和感性負荷的能量交換

從無(wú)功相位角度進(jìn)行分析，純阻性負載的電壓和電流同相位，感性負載的電壓超前電流，容性負載的電壓滯后電流，如圖7所示。

圖7-無(wú)功的相位分析

2 無(wú)功補償的形式

2.1 LC無(wú)功補償

LC無(wú)功補償屬于傳統的電容補償，工作時(shí)并聯(lián)在電力系統中，根據電網(wǎng)中負載功率因數的變化，控制電力電容器投切進(jìn)行無(wú)功補償。其原理為：通過(guò)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(kāi)關(guān)（復合開(kāi)關(guān)、晶閘管開(kāi)關(guān)等）對各組電力電容器進(jìn)行投切。如圖8所示。

圖8-LC無(wú)功補償的工作原理

2.2 SVG無(wú)功補償

SVG屬于有源型無(wú)功補償設備，它將三相橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)，根據系統的無(wú)功功率，通過(guò)IGBT功率變換器輸出滿(mǎn)足要求的容性或感性基波電流，從而實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償，不會(huì )出現過(guò)補或欠補現象，且補償平滑，不會(huì )產(chǎn)生對負載和電網(wǎng)的涌流沖擊。其原理如圖9所示。

圖9-SVG無(wú)功補償的工作原理

2.3 智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償

LC補償在負荷變化較快或存在沖擊負荷的場(chǎng)合無(wú)法做到快速響應，易出現過(guò)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，容易引起系統諧振，但在成本上較為經(jīng)濟。SVG可對感性和容性無(wú)功進(jìn)行連續快速補償，避免過(guò)補和欠補的發(fā)生，且不會(huì )與系統或負載設備產(chǎn)生諧振，適用于負載快速變化的場(chǎng)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(diǎn)，人們通過(guò)研究設計出來(lái)一種用于無(wú)功補償的新型電力電子裝置——智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置。它采用了一種無(wú)功補償綜合控制方法，加入控制器來(lái)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(lái)彌補LC模塊響應速度慢、分級補償的缺點(diǎn)，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(guò)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(mǎn)足無(wú)功需求，使功率因數達到設定值。

圖10-智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償的工作原理

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

圖11-電容補償 圖12-智慧型無(wú)功補償

3 智慧型無(wú)功補償的工業(yè)應用案例

江蘇某陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的主要負荷為球磨機，在運行時(shí)的電流沖擊很大，現場(chǎng)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?，F場(chǎng)配電房的變壓器容量為1600kVA，原電容柜裝機容量300kvar。智慧型無(wú)功補償方案應用前后的電能質(zhì)量數據如圖14、圖15所示。

圖14-智慧型無(wú)功補償應用前的電能質(zhì)量數據

圖15-智慧型無(wú)功補償應用后的電能質(zhì)量數據

根據現場(chǎng)工況，我們采用安科瑞LC+SVG綜合控制的智慧型無(wú)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(chǎng)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，更能有效的抑制諧波和保護電容器。通過(guò)控制器協(xié)調ANSVG-S-G 100kvar模塊與電容器同時(shí)進(jìn)行無(wú)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(wú)功補償的同時(shí)也能治理部分諧波，所以B相的電流畸變率由原來(lái)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(dòng)態(tài)無(wú)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(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置主要設備元件配置方案

4 結束語(yǔ)

本文對安科瑞智慧型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償方案進(jìn)行了簡(jiǎn)述，該方案融合了LC補償和SVG補償的優(yōu)勢，實(shí)時(shí)協(xié)調控制電容器和SVG補償模塊進(jìn)行混合無(wú)功補償，確保了無(wú)功補償的快速性、連續性和準確性，同時(shí)方案成本也能被大多數企業(yè)所接受。通過(guò)工程實(shí)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(shí)也治理了諧波，改善了企業(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(yíng)和生產(chǎn)，為企業(yè)創(chuàng )造了價(jià)值。

參考文獻

[1] GB 50227—2017 并聯(lián)電容器裝置設計規范

[2] GB／T 15576-2020 低壓成套無(wú)功功率補償裝置

[3] DL／T 1216-2019 低壓靜止無(wú)功發(fā)生裝置技術(shù)規范

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

[5] 王兆安.諧波抑制和無(wú)功補償.機械工業(yè)出版社

[6] 黃春光.一種低壓配電系統無(wú)功補償綜合控制方法.電氣技術(shù)-第7期