摘 要：文章以重慶鋼鐵集團(tuán)應(yīng)用SC的情況為背景，介紹了為了提高電能質(zhì)量所采取的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器的原理及其對(duì)保障供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮的作用。

關(guān)鍵詞： 電能質(zhì)量 SC 運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TH166 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1723（2012）08-0187-03

冶金行業(yè)是電網(wǎng)中的用能大戶，根據(jù)冶金企業(yè)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)無功補(bǔ)償與高次諧波治理方法進(jìn)行研究，對(duì)提高企業(yè)供電可靠性、降低損耗、提高用電設(shè)備出力等具有重要意義。

冶金行業(yè)負(fù)荷具有容量大、沖擊大、起制動(dòng)頻繁、工作連續(xù)性等特點(diǎn)。軋機(jī)、電焊設(shè)備、煉鋼電弧爐等冶金設(shè)備的運(yùn)行會(huì)引起無功發(fā)生波動(dòng)、功率因數(shù)低、三相不平衡、諧波含量超標(biāo),大型風(fēng)機(jī)、軋機(jī)主傳動(dòng)等較多應(yīng)用大功率變流、變頻裝置，容量有的達(dá)上萬千瓦，是冶金企業(yè)的主要負(fù)荷。這些設(shè)備在調(diào)速過程產(chǎn)生的諧波干擾將直接影響配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，尤其是在這些傳動(dòng)設(shè)備的加、減速階段，諧波干擾特別嚴(yán)重，而交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波不僅含有一般變流裝置中的整數(shù)次諧波，而且含有基頻和特征次諧波的旁頻成分，頻率分布廣、含量較高，不僅會(huì)造成電網(wǎng)電壓畸變，還可能造成電網(wǎng)在某些頻率下的諧振，這些問題必須加以治理。

靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SC）具有為供電系統(tǒng)提供恒定的無功功率，恒定的功率因數(shù),消除諧波，減少諧波對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備的損害,抑制電壓波動(dòng)及閃變，穩(wěn)定電壓,消除三相不平衡,治理負(fù)序電流等功能。

一、SC工作原理

SC稱為“靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器，主要用于補(bǔ)償用戶母線上的無功功率，這是通過連續(xù)調(diào)節(jié)其自身無功功率來實(shí)現(xiàn)的。用表示系統(tǒng)總無功功率，為用戶負(fù)荷的無功功率，為晶閘管控制電抗器（以下簡(jiǎn)稱TCR）的無功功率，為電容器無功功率，上述平衡過程可以用如下公式來表達(dá)：

負(fù)荷工作時(shí)產(chǎn)生感性無功功率，補(bǔ)償裝置中的電容器組提供固定的容性無功功率，一般情況下后者大于前者，多余的容性無功功率由TCR平衡。當(dāng)用戶負(fù)荷變化時(shí)，SC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)TCR電流從而改變值以跟蹤，實(shí)時(shí)抵消負(fù)荷無功，動(dòng)態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡。

TCR裝置的組成和工作原理如下圖所示：

（a）單相電路結(jié)構(gòu)圖 （b）電壓電流關(guān)系

圖1 TCR裝置原理示意圖

TCR的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管和電抗器串聯(lián)。晶閘管在電源電壓的正負(fù)半周輪流工作，當(dāng)晶閘管的控制角α在90°到180°之間時(shí)，晶閘管受控導(dǎo)通（控制角為90°時(shí)完全導(dǎo)通，180°時(shí)完全截至）。在網(wǎng)壓基本不變的前提下，增大控制角將減小TCR電流，減小裝置的感性無功功率,反之減小控制角將增大TCR電流，增大裝置的感性無功。其電壓－電流特性曲是TCR在導(dǎo)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(dāng)于一個(gè)可調(diào)電納。

三相平衡負(fù)荷的無功補(bǔ)償通常采用平衡調(diào)節(jié)算法，而三相不平衡負(fù)荷（如電弧爐、電氣化鐵路等負(fù)載）則廣泛采用分相調(diào)節(jié)，能夠取得良好的電能質(zhì)量治理效果。

二、SC在重慶鋼鐵集團(tuán)的應(yīng)用效果

電弧爐在熔化期電弧頻繁時(shí)起時(shí)滅，電流斷續(xù)，引起電壓閃變，而到精煉期之后電弧穩(wěn)定，閃變問題基本消失。當(dāng)電弧爐無功功率增加時(shí)，系統(tǒng)電壓下降，其中電弧爐所連的母線電壓下降最嚴(yán)重，一臺(tái)電弧爐增加35Mvar無功時(shí)，該臺(tái)電弧爐所連母線冶煉變_02電壓與正常比較跌落11.405%，當(dāng)兩臺(tái)電弧爐同時(shí)增加35Mvar無功時(shí)電壓閃變最嚴(yán)重，電弧爐所連母線冶煉變_02和冶煉變_03電壓跌落分別達(dá)到12.683%。如表1所示：

SC會(huì)根據(jù)需要發(fā)出無功功率以滿足電弧爐的無功需求，保持電壓穩(wěn)定，但是實(shí)際運(yùn)行時(shí)，SC跟隨電弧爐無功需求所輸出的無功功率會(huì)有一定的延遲，不能完全補(bǔ)償無功的變化。如表2所示。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)SC的動(dòng)態(tài)無功跟蹤偏差可認(rèn)為在5Mvar以內(nèi)，這種情況下各母線的電壓波動(dòng)情況如表3.2所示，電壓變化很小，最嚴(yán)重的兩條母線即電弧爐所連母線冶煉變_02和冶煉變_03電壓變化分別為1.593%，在通常要求的2%范圍之內(nèi)，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

SC在冶金行業(yè)供電系統(tǒng)的應(yīng)用，可以減少諧波對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備的損害,抑制電壓波動(dòng)及閃變，穩(wěn)定電壓，保障供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈龍大．劉天澤等．冶金企業(yè)的無功補(bǔ)償與諧波治理[J]．電力設(shè)備．2003（1）：15-17．

[2] 楊越思．王曉平SC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在包鋼供電網(wǎng)的應(yīng)用[J]．包鋼科技，2008，（03）．

[3] S．R．Cheno et al，Static AR Compensator Protection，IEEE Trans．on Power Delivery，ol．10，No．3，july 1995．

[4] D．J．Hangson，M．L．Woodhouse，et al，STATCOM:a new era of reactive compensation，Power Engineering Journal，June 2002.