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30萬噸。公司內(nèi)主變壓器有1200kVA、1500kVA、2000kVA整流變，以及1600kVA動(dòng)力變，主負(fù)荷為橫列式軋鋼機(jī)、連軋生產(chǎn)線。橫列式軋機(jī)為三輥式軋鋼機(jī)，由一臺(tái)1250kW/10kV的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)；連軋生產(chǎn)線有8臺(tái)平軋、2臺(tái)立軋以及一臺(tái)飛剪組成。軋鋼機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量無功功率，致使公司10kV進(jìn)線端的功率因數(shù)降低；軋鋼時(shí)有功、無功功率的沖擊，引起了電網(wǎng)電壓的閃變。

橫列式軋鋼機(jī)的動(dòng)力電機(jī)為1250kW/10kV交流電機(jī)，而連軋生產(chǎn)線全部是220kW、400kW、480kW、560kW不同功率的10臺(tái)直流軋機(jī)，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(xiàn)場需要進(jìn)行全方位的電能質(zhì)量治理，包括無功補(bǔ)償、電網(wǎng)電壓閃變抑制和諧波治理。

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

3臺(tái)整流變壓器為直流軋機(jī)的控制柜提供電源，1臺(tái)動(dòng)力變壓器為生產(chǎn)線上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電源，1250kW/10kV的高壓電機(jī)通過配電柜接入10kV電網(wǎng)。

2.2 現(xiàn)場負(fù)荷情況

 本項(xiàng)目現(xiàn)場負(fù)荷情況如表1所示。

表1負(fù)荷情況表

現(xiàn)場主要負(fù)荷是1臺(tái)1250kW/10kV橫列式軋鋼機(jī)和數(shù)臺(tái)不同功率等級的低壓直流軋機(jī)，以及生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)部件的低壓交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2.3 本項(xiàng)目現(xiàn)場存在的問題

通過現(xiàn)場考察，現(xiàn)場主要有3個(gè)問題：

（1）電網(wǎng)電壓閃變。入廠為10kV電網(wǎng)，電網(wǎng)容量有限。1250kW/10kV交流電機(jī)，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，超過了電網(wǎng)規(guī)定的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。橫列式軋機(jī)是生產(chǎn)線上第一級軋機(jī)，屬于粗軋，軋鋼過程也能引起電網(wǎng)電壓閃變500V左右。

（2）功率因素低。平均功率因數(shù)為0.75左右，存在電力公司的罰款問題。

（3）諧波問題。大量的直流軋機(jī)產(chǎn)生了產(chǎn)生大量6N±1 為主的諧波，同時(shí)負(fù)荷為沖擊性負(fù)載，運(yùn)行過程中對電網(wǎng)電壓也會(huì)引起閃變等現(xiàn)象。

 2.4 本項(xiàng)目現(xiàn)場補(bǔ)償方案

軋鋼機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生了大量的感性無功需求，無功功率快速變化，現(xiàn)場感性無功功率短時(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(shè)備的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。大量的直流軋機(jī)產(chǎn)生了5、7次諧波，對于此類軋機(jī)現(xiàn)場需要快速的無功補(bǔ)償來抑制電網(wǎng)電壓閃變、提高功率因數(shù)，同時(shí)進(jìn)行諧波補(bǔ)償。

根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的固定電容器、SVC等技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場快速無功補(bǔ)償以及諧波治理的需求，對于軋鋼機(jī)現(xiàn)場需要使用當(dāng)今較先進(jìn)的高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)。現(xiàn)場選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司一臺(tái)SVG，在電網(wǎng)系統(tǒng)接入點(diǎn)處進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

       負(fù)荷總?cè)萘考s8000kW，現(xiàn)場平均功率因數(shù)為0.75，補(bǔ)償后功率因數(shù)目標(biāo)值為0.95，根據(jù)以下計(jì)算公式計(jì)算基波無功需求值：

得到需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率量大約4400kvar，考慮到負(fù)荷利用率不可能達(dá)到100%，因此基于成本考慮可選用4000kvar的SVG補(bǔ)償容量。

山東新風(fēng)光10kV SVG的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。主電路采用鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jī)輸出電壓波形更接近于正弦波，避免了大的du/dt所導(dǎo)致的諸多問題。

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(qiáng)大的控制系統(tǒng)。在控制算法上采用了先進(jìn)的瞬時(shí)無功理論，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)/負(fù)載無功功率的快速準(zhǔn)確的檢測。為了得到更快的響應(yīng)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(xiàn)了并網(wǎng)無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(xù)地提供容性或者感性無功功率，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾妷汉蜔o功功率控制，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、有效、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行。

FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)高可靠性的需求，模塊化設(shè)計(jì)集成度高，功率單元互換性好，現(xiàn)場安裝、維護(hù)簡單，占地面積小，通常只有相同容量SVC的50%?？啥嗯_(tái)FGSVG并聯(lián)安裝，極易擴(kuò)展容量；并聯(lián)運(yùn)行使用高速光纖通訊，通訊速度快，能夠滿足快速補(bǔ)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(shí)時(shí)狀態(tài)量及模擬量的顯示、運(yùn)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(jī)、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(xiàn)場補(bǔ)償效果

4.1  FGSVG調(diào)試

在現(xiàn)場FGSVG通過高壓配電柜接入10kV電網(wǎng)，檢測10kV系統(tǒng)側(cè)的電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。FGSVG具有多種自動(dòng)補(bǔ)償模式，如恒考核點(diǎn)無功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式，以及綜合補(bǔ)償?shù)?，現(xiàn)場采用恒考核點(diǎn)功率因素進(jìn)行電壓綜合補(bǔ)償。調(diào)試投運(yùn)之后，SVG自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，無需現(xiàn)場人員參與。

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(tǒng)常用通信規(guī)約，如MODBUS_RTU、CDT91、IEC104等，可以與后臺(tái)進(jìn)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(hù)非常簡單?，F(xiàn)場運(yùn)行中的FGSVG照片如圖3所示。

圖3  FGSVG現(xiàn)場外觀圖

4.2  補(bǔ)償效果

FGSVG運(yùn)行后無功功率補(bǔ)償效果非常理想，系統(tǒng)側(cè)平均功率因數(shù)穩(wěn)定在0.94以上,系統(tǒng)側(cè)的無功功率降低到500kvar以下，如圖4。FGSVG投運(yùn)后對沖擊性無功功率快速補(bǔ)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(wěn)定在10500V附近，保證了用電設(shè)備的安全運(yùn)行，如圖5。

圖4 SVG工作后系統(tǒng)側(cè)無功數(shù)據(jù)曲線                                                                圖5 SVG工作后電壓有效值曲線

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

圖6 補(bǔ)償后的系統(tǒng)10kV電壓總諧波畸變5 結(jié)束語

現(xiàn)場使用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置之后，電網(wǎng)側(cè)的月平均功率因數(shù)超過0.94，不僅避免了電力公司的罰款問題，而且每月還有一定比例的獎(jiǎng)勵(lì)。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200V，保證了廠內(nèi)，以及電網(wǎng)上其他用電設(shè)備的安全運(yùn)行。