TCR型SVC靜止型動態無功補償裝置在35KV配電係統中的應用

0引言

35KV供電係統及配電裝置中的母線是電能集中與分配的重要環節。它的**運行對不間斷供電具有極其重要的意義，因此對母線進行嚴格監視和維護非常重要靜止型無功補償器（SVC）是一種先進的配電網動態功率因數補償裝置，它通過提高功率因數來節約大量的電能。同時又起到減少電網諧波、穩定電壓、改善電網質量的作用。SVC裝置應用於安鋼**煉軋廠1780MM熱煉軋帶鋼機組生產線粗軋、精軋兩套重要機組的35KV供電係統中，主要用於補償該係統母線上的無功功率。SVC新技術的應用確保了該係統的**、穩定、經濟運行。

1SVC工作原理

SVC具有靈活的控製方式，能進行連續、分相和近似線性的無功功率調節，同時，將固定電容器組FC做成多回路濾波器。能夠濾除由相控晶閘管TCR引起的諧波¨11。

SVC裝置是綜合應用現代電力電子技術電能控製技術以及自動化技術而研製開發的高科技產品。是一種能夠為電力係統快速而連續地提供容性和感性無功功率的電力電子裝置。采用成熟、可靠、先進、實用的晶閘管控製電抗器和固定電容器組。即TCR＋FC的典型結構。能準確迅速地跟蹤電網或負荷的動態波動。對變化的無功功率進行動態補償，控製響應時間小於10MS。實現補償功率因數接近L。TCR＋FC型主要由3部分構成：FC濾波器、TCR晶閘管控製電抗器和控製保護係統FC濾波器用於提供容性無功功率補償及諧波濾波。TCR晶閘管控製電抗器用於平衡係統中由於負載的波動所產生的感性無功功率通過調節晶閘管觸發角的大小，控製流過電抗器的電流達到控製無功功率的目的根據負荷無功功率的變化情況。改變電抗器的無功功率F感性無功功率1。即不管負載的無功功率如何變化，總要使二者之和為常數。這個常數等於電容器組發出的容性無功功率的數值，使電網提供的無功功率為常數或為0。*終使得電網向用戶供電的功率因數保持在設定值。從而達到無功補償的目的，以抑製負載波動所造成的係統電壓波動和閃變。A為係統工作點負荷工作時產生感性無功。補償裝置中的電容器組提供固定的容性無功Q。一般情況下後者大於前者。多餘的容性無功由TCRF晶閘管控製電抗器）平衡。當V工廠負荷Q變化時。SVC控製係統調節TCR電流從而改變Q，。（TCR的無功功率）值以跟蹤，實時抵消負荷無功，動態維持係統的無功平衡。TCR裝置的組成和工作原理見圖2。

TCR的基本結構是晶閘管閥和電抗器串聯晶閘管閥由多級反向並聯的晶閘管元件及其他輔助元件構成。晶閘管閥內部反向並聯的晶閘管元件在電源電壓的正負半周輪流導通實際工程中晶閘管的控製角僅一般工作在1LOO～165～在網壓基本不變的前提下。增大控製角將減小TCR電流。減小裝置的感性無功功率。反之減小控製角將增大TCR電流。增大裝置的感性無功其電壓一電流特性曲線見圖2（B），每條曲線是TCR在導通角為某一特定角度下的伏安特性。就電流的基波分量而言。TCR裝置相當於一個可調電納其等效電納為其中僅為晶閘管導通角，L為電抗器電感值。（E，為網壓的角頻率。TCR可實現三相同時控製、分相控製和三相平衡化等多種控製方式對於不對稱負荷。應采用分相調節TCR分相調節的理論基礎為STEINMETZ理論。在此理論指導下，實現分相調節，消除負序電流，平衡三相電網。SVC能夠將負荷補償為純有功的三相平衡係統。三相平衡負荷的無功補償通常采用平衡調節算法，而三相不平衡負荷則廣泛采用分相調節。能夠取得良好的電能質量治理效果。

2SVC控製係統組成

SVC采用先進的全數字控製係統。控製係統由控製櫃、脈衝櫃和功率單元三部分組成控製櫃采集現場的電壓、電流信號。計算處理後發出觸發脈衝。同時檢測晶閘管運行狀態脈衝櫃將觸發脈衝轉換為符合要求的脈衝信號。實現觸發。功率單元由晶閘管、阻容吸收、熱管散熱器、脈衝變壓器、BOD板和擊穿檢測板六部分組成，串人電抗器回路，在脈衝信號控製下操縱晶閘管通斷。使電抗器流過預期的補償電流。其基本結構框圖見圖3。

控製櫃中主控單元是整個SVC控製係統的核心，實現了母線電壓、電流等參數的采樣、運算，得出晶閘管觸發角。轉換為光信號後傳送給脈衝櫃同時。主控單元以通訊方式將工控機設定的各種參數傳給主控單元各功能板卡。並把各板采集的信號反饋回工控機控製係統的控製方式采用開、閉環結合的方式。開環以滿足SVC控製器的響應時間。確保係統對電壓波動和閃變抑製的要求。閉環控製來調節被控TCR電流精度。以確保係統功率因素的穩定。主電抗器為乾式、空芯電抗器。晶閘管控製係統調節方式為恒無功調節方式晶閘管閥體的結構工藝設計先進。采用臥式。設備緊湊、運行可靠、維護工作量少。控製器的核心為高速數字信號處理器DSP。具有結構簡單、硬件和軟件都便於擴展和修改、控製精度高、功能強等一係列優點，信號采集高速、實時、準確，信號處理快。控製係統及大部分外圍電路采用貼片元件安裝。工作可靠性高。抗乾擾能力強。高效熱管自然冷卻可控矽。與水冷相比結構簡單，實現了免維護運行。PLC自動監控係統完成各種繼電保護功能。並通過觸摸屏的直觀界麵實現人機友好交流。

3SVC監控軟件

為便於隨時查看SVC設備運行狀況。在設備側工控機和用戶監控室側PC機上分彆安裝了相應的SVC監控軟件通過該軟件可實時、詳細地了解到設備的運行參數以及各部分性能狀況。SVC監控係統可以方便、直觀地查看SVC設備的運行參數、曲線、曆史記錄、故障記錄等，支持網絡傳輸和遠程監控。

3.1係統模塊簡介

SVC監控係統分為以下幾個模塊：

（1）SVC監控係統。在SVC設備控製櫃的工控機上運行：①對設備和參數進行實時監控。顯示實時數據和實時曲線；②提供數據存儲和查詢功能；③提供故障報警，可控矽狀態監視功能；④提供功率因數小時、日、月、年度的數據統計功能；⑤提供修改SVC設備運行參數接口：⑥提供主接線圖繪製工具。可以根據現場實際情況修改主接線圖；⑦提供遠程監控所需數據，在網絡斷開的情況下。可獨立運行

（2）SVC監控係統數據采集。在數據服務器上運行。通過此模塊搜集各個SVC設備的數據。進行數據存儲。經網絡對SVC設備進行遠程監控

（3）SVC遠程監控數據服務。在數據服務器上運行。為遠程監控提供數據服務

（4）SVC監控係統網絡客戶端。在遠程監控工作站上運行（此工作站需和用戶數據服務器聯網）如果需要通過網絡對設備進行遠程監控。可以在與數據服務器聯網的任意一台工作站上進行網絡客戶端對設備進行監控。

可監控的數據包括：

3.2係統功能

該係統具有動態連續的無功功率補償和諧波抑製的雙重功能，技術先進、性能**、運行可靠，起到了以下作用：①提高功率因數，降損節能；②提高電網輸送能力和減少電網的配變容量：③改善用戶的電壓質量。減小電壓波動及電壓閃變：④抑製諧波。並給用戶帶來巨大的經濟效益和社會效益

SVC裝置可以自動跟蹤補償電網無功波動、抑製閃變、提高功率因數、增強係統穩定性、改善電能質量。晶閘管控製電抗器TCR具有過流、電源異常、丟同步電源、丟脈衝、脈衝不平衡、晶閘管擊穿（每相擊穿一個晶閘管報警。但可正常工作；擊穿兩個晶閘管立刻跳閘）等保護功能。

SVC監控係統具有以下功能：①主接線：顯示設備當前的各種參數。包括母線電壓、無功功率、有功及無功電流、相控電流、功率因數、觸發角、各濾波通道的電流值等：⑦實時曲線：顯示各參數的實時曲線；③曆史曲線：確定曲線的日期、起始時間、結束時間和曲線名稱可查看曆史數據曲線；④曆史記錄：確定曆史數據的日期、具體的時間段可查看曆史明細記錄；⑤故障記錄：選擇日期範圍，可查詢係統曆史故障記錄：⑥晶閘管監視：顯示每項工作的晶閘管當前狀態。分彆以黃、綠、紅3種顏色表示，如果某相工作的晶閘管發生擊穿損壞。相應的指示燈變成黑色：⑦功率因數：確定查詢時間，可查詢曆史或當前月份的功率因數統計狀況，包括小時平均值、日平均值、月平均值；⑧係統參數：顯示當前設備的設定參數；⑨界麵語言：可以選擇的界麵語言有簡體中文和英文兩種：⑩故障報警：如果係統出現故障，會彈出紅色的窗口，提示故障的內容，如果安裝有聲卡。會提示報警語音。故障排除後，窗口自動消失，報警語音自動停止

3＿3係統運行維護及特點

（1）成熟、可靠、先進、實用、優化的SVC係統設計，操作簡單，維護方便。更直觀；

（2）極強的自診斷能力：既有靜態自檢，又有運行中的動態檢測。能及時對係統中各種突發事件做出準確的預警和保護：

（3）全數字化智能控製係統。有友好的人機界麵，方便使用和維護，具有豐富、**的控製、監視及故障診斷功能。因此大大減少了調試、維護及檢修所需時間：

（4）模塊化設計：功率單元和控製電路采用模塊或組（插）件結構，相同模塊可以互換，提高了使用中的可靠性和可維修性：

（5）工作中定期做好溫度檢測、檢查電容器漏油情況、電器元件的檢查緊固及清灰處理等。觀察脈衝信號是否丟失

4應用效果

SVC高壓電網動態無功補償裝置在安鋼**煉軋廠1780MM熱煉軋生產線的投運。提高了110KV變電站的電能質量。包括電壓波動、諧波、無功等多個方麵：①穩定了35KV母線電壓。提高了供電質量。也保證了產品的質量。解決了軋機咬鋼時係統電壓跌落問題：⑦諧波治理。將諧波畸變率限製在國標要求內；③功率因素校正。實現補償功率因數接近1；④提高了設備利用率。由於軋機需要的無功功率基本由SVC實時提供。因此主變基本不再提供無功功率，主變的利用率得到提高：⑤節省電費：SVC的投入使用電源得到淨化。質量得到提高。係統中無功基本不存在。有功功率增加。無功電流和諧波電流的降低使線路損耗和電機的無功損耗大大降低。電機效率和出力得到提高：⑥電源質量的提高將延長電氣設備的使用壽命（特彆是變壓器、電機的使用壽命等）。降低了自動控製設計的故障發生率（如可控矽控製係統的不穩定、計算機死機等問題造成的係統保護跳閘。給生產帶來的負麵影響）。

5結語

SVC在安鋼**煉軋廠1780MM熱煉軋生產線投用以來，目前運行良好，抗強電磁乾擾能力強，響應時間快，可靠性高，故障率低，達到了滿意的效果，提高了企業的整體自動化水平。上海坤友電氣有限公司