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1、SVC技术在中板四辊的应用研究报告 1.项目简介1.1 静止型动态无功功率补偿器（Static Var Compensator），简称SVC，所属电力电子技术领域。SVC是一种由电容器和各类电抗器组成的无功补偿系统（SVC由TCR和FC组成），其特点是不需要机械触点就可以实现无功功率的平滑控制，响应速度很快。1.2 电力网络中大多使用感性负载，电感性负载越大，则无功功率所占得比例就愈大。由于无功功率的存在使得电网的功率因数下降、电压降低、线路损耗增大、供电质量降低，同时对用电设备运行也会带来不利的影响。提高功率因数，合理地选择用电设备提高自然功率数外，还广泛采用并联电容性负载的方法来补偿无功功
2、率。传统的方法是采用固定电容补偿方法，它仅使用于负载固定、无功功率相对稳定的静态用电装置；随着微机控制技术和半导体器件的发展，利用计算机对电网进行实时检测、控制，并根据无功功率的变化，自动切换补偿电容，可以准确、快速地实现动态无功补偿，达到降低消耗、改善供电质量之目的。 目前电力有源滤波器仍存在一些问题，如电流中有高次谐波，单台容量低，成本较高等。随着电力半导体器件向大容量、高频化方向发展，这类既能补偿谐波又能补偿无由于性价比较高，目前我国广泛使用的还是静止动态补偿器(SVC)。其中，能够进行无功功率动态补偿的基于智能控制策略的TSC仍然需要大力推广。实际上，国内外对SVC的研究仍在继续，研究
3、的重点集中在控制策略上，试图借助于人工智能提高SVC的性能。 随着微机控制技术和功率半导体器件的发展，用微机进行实时检测、跟踪负荷的无功功率的变化并自动控制补偿电路的投切，可以实现准确，快速的动态无功补偿，从而达到降低配电线路的线损、改善电网供电质量的目的。1.3 中板厂新建的四辊轧机，上、下辊电机的容量都为5000KW，轧机在工作过程中，轧机的无功冲击负荷，不但会向电网中注入大量的高频谐波，还会引起三相供电不平衡，电压发生较大幅度的波动，危及电网上其它用电设备的使用安全。与此同时，轧机冲击性负荷中有些负荷消耗大量的无功功率，需要从发电端传输非常大的无功电流，这不仅会导致电网功率因数和电压的下
4、降，还会使电网损耗大大增加，给供电方造成较大的经济损失，也降低了供电质量，甚至会导致事故的发生，已造成公害。我们通过对上述现象进行分析可以看到，轧机冲击性负荷对电网造成的危害主要体现在以下几个方面：a)向电网中注入大量的高次谐波，对供电线路及电网上的电 力设备产生危害b)产生的电压波动，严重危害用电设备。c)可导致三相供电不平衡，在公共供电点处产生负序电压、电流，当负序电压、电流数值达到一定程度时就会严重影响同一电网上的其它用电设备，如电机等的运行安全，甚至会使设备损坏。d)可引起功率因数下降，使得供电效率降低，电网损耗增加，即造成了供电部门的经济损失，也使得的电费（包括供电部门的罚款）增加很
5、多。要解决上述四个问题解决，就必须在用户的现场对大功率冲击性负荷进行就地补偿，以保证在公共供电点（PCC）处的电能质量达到国家标准和规范的要求。补偿处理的内容包括抑制谐波、稳定电网电压、平衡三相负荷及提高功率因数等。而SVC就是为达到这一目的而设计的，目前最为广泛使用的，也是最佳的选择方案就是采用TCR+FC型的静止型动态无功功率补偿系统SVC。安装(TCR+FC)型SVC系统后，系统的电压得到稳定，大部分的谐波被FC型滤波器组滤除，剩余部分在折算到PCC点后也完全达到国家标准的要求。与此同时，系统的三相供电不平衡得到补偿，功率因数也可达到0.92以上，三相不平衡度小于0.3%，完全可以达到国
6、家标准的要求，因此，在有大功率冲击性负荷的电网上安装SVC是非常必要的，也是必须的。1.4 难点就在于SVC自动跟踪轧机无功功率的变化，发出与冲击负荷所对应的TCR晶闸管阀组六相触发脉冲，来调节TCR感性功率的输出量（轧机的功率+TCR的感性功率-FC的功率=0），实现系统的稳定。1.5 主要研究的内容：抑制中板轧机机组在生产过程中产生的电压波动和无功冲击，消除谐波、补偿功率因数。1.6 项目开始的时间是2005年3月，整个项目中投入资金在七百万左右。2.工艺技术指标2.1谐波电压限值电网标称电压（KV）电压总谐波畸变率（%）各次谐波电压含有率（%）奇次偶次104.03.21.62.2谐波电流
7、允许值标准电压（KV）短路容量（MVA）谐波次数及谐波电流允许值（A）3571113101002020159.37.918637.237.227.917.314.72.3.SVC投运后10KV系统能达到以下主要技术指标： 2.3.1.10KV母线电压变动限值：d2% 2.3.2.功率因数cos0.95 2.3.3.谐波电流的治理、电压畸变率、电压波动应满足上述表格要求。3 主要开发内容由于中板四辊轧机的冲击负荷对于供电系统产生强烈冲击，对电网的影响有下列几种：、有功和无功功率变化剧烈；、由于无功功率的冲击，供电母线电压波动大，对于电弧炉负荷还产生电压闪变；、负载的功率因数低；、产生高次谐波。对
8、于中板四辊工程来说，安装静止型动态功率补偿器（SVC），可以很好地解决以上难题。除此之外，安装SVC还能提高企业的经济效益。4 研究开发过程4.1总体思路： 由于临钢中板四辊主轧机产生的冲击负荷对电网电压的影响很大，所以只有在用户的现场对大功率冲击性负荷进行就地补偿，以保证在公共供电点（PCC）处的电能质量达到国家标准和规范的要求。补偿处理的内容包括抑制谐波、稳定电网电压、平衡三相负荷及提高功率因数等。4.2微机控制无功自动补偿装置原理微机控制无功自动补偿装置主要由控制器、触发器和投切电容器电路组成。以往的无功补偿控制器多采用集成电路的形式，功能单一，而且补偿特性容易偏移。随着电子技术的发展，
9、微机芯片的性能价格比大大提高，电力系统中绝大多数控制器都已采用微机型的控制器，如继电器保护装置等，并且运行效果稳定、可靠。图4示为微机控制器工作原理方框图。微机控制器将电压、电流和功率信号采集，并经过模数转换电路经微机接口输入，微机经过数据运算处理后输出驱动触发器。微机控制器采用按无功功率投切电容器组的补偿原理，只需一次到位，大大减少了开关动作次数。这种控制克服了按功率因数投切电容器组所带来的不利因素。通常按功率因数投切电容器组需要经过多次投切才能找到合适的补偿容量，开关动作次数多，影响了电容器的使用寿命，同时还不能保证电压合格率。微机控制器具有无功功率优先/电压优先/智能控制等3种控制方式可
10、供选择，以保证电压合格率。同时可以测量、显示和记录电压、电流和有功功率、无功功率及功率因数等电网参数。并且具有外部通信接口，经遥控，遥测的RTU功能和无功补偿融为一体。系统软件能够对无功补偿装置进行直观方便的调试、监视和管理，也可通过联网将多个补偿装置组成一个微机测控系统。电压信号采集电流信号采集有功无功功率模数转换 微 机显示键盘外部接口输出驱动显示 图4。微机控制器工作原理框图4.3微机控制无功自动补偿装置结构 中板四辊工程，安装的静止型动态功率补偿器（SVC）主要由以下几部分组成：调节柜，监控柜、晶闸管阀组（三组）、相控电抗器（六台）、水冷却系统及信号保护屏等配套设备。4.4微机控制无功
11、自动补偿装置功能和特点4.4.1微机控制无功自动补偿装置功能： （1）减少供电网电压波动 （2）对负荷提供可快速调节的无功功率补偿 （3）滤除高次谐波和抑制谐波引起的电网电压畸变（4）改善负荷的相间平衡（5）抑制闪变（6）提高用户的经济效益4.4.2 微机控制无功自动补偿装置（SVC）的特点： （1）SVC采用的调节器具有与常规计算机中央处理器（CPU）所采用的冯诺伊曼结构不同，DSP的内部结构采用的是数据总线与地址总线分离独立的哈佛结构或改进哈佛结构，内部实现了硬件乘法器、流水线操作等方法，因此可以完成单指令乘加运算和内存读写与乘加运算并行运行，运算速度远高于普通通用的CPU，非常适合于需要
12、做数据变换，如傅立叶变换等的实时控制算法的实现。数据指针的反向寻址功能、指令的重叠运行、无损耗循环控制等特点，更是在数字滤波、数据压缩等方面得到了充分的体现。 （2）监控触发器主要完成对系统运行状态的监控、故障保护及向阀组发出光触发信号等功能。 （3）水冷却方式有冷却容量大、无噪声、能耗低、冷却装置体积小、阀组占地面积少等优点 （4）连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。 （5）维护简单、工作可靠，中板四辊工程正是采用固定连接电容器加可控硅控制的电抗器(fixed capacitorthyristor controlled reac
13、tor，FCTCR)补偿装置。4.5工艺技术指标：为了抑制中板粗轧机组在生产过程中的电压波动和无功冲击，消除谐波，通过仿镇计算，确定在10KV段母线侧装设静止无功补偿装置（SVC）一套。SVC由滤波器（非常）和调功器（TCR）组成，调功器（TCR）容量为44Mvar，滤波器（FC）补偿容量为42Mvar由三次（H3）单调谐波支路、五次（HP5）、七次（HP7）和十一次（HP11）二阶减幅型高通滤波支路组成，总的安装容量为62MVR，具体参数如下：H3HP5HP7HP11补偿容量（MVAR）6.15.24.39.4基波电流（A）351300244545基波容抗()18.520.123.710.6
14、电容值(f)171.9158.8134.1399.4电容耐压(KV)7.87.27.27.2基波感抗()2.130.820.490.088电感值(Mh)6.772.161.570.28高通电阻()14.1/6KW12/5 KW7.5/3.0 KW品质因数q40404040电容安装容量（MVAR）9.857.756.5514.65使用动态无功补偿系统（SVC）后的优越性体现及经济效益分析：5.1优越性：由于主轧机在过钢的时候，冲击感性负荷将会非常的大，直接将电网的电压拉下来，而电压是电能质量的主要指标之一，国家规定了电压偏移幅度的允许范围。电力系统电压的偏在很大的程度上取决于系统内无功功率的供求
15、情况。所以这样冲击就需要有一个补偿装置对其进行就地补偿，下面将中板四辊10KV段轧钢前和轧钢中的有关电指标数据对比如下：轧钢前（H3,TCR,H5投入）：一. 电压波动:10.04KV-10.10KV电压波动率为:0.6%二. 二总降110KV侧功率因数:cos=0.71-0.76主电室10KV段无感性负载轧钢过程中:一. 电压波动:10.05KV-10.09KV电压波动率:0.4%二. 二总降110KV侧功率因数:Cos=0.93 主电室10KV段功率因数:Cos=0.96通过上述的简单对比可以看出,无功补偿装置从根本上解决电力系统的电能质量问题,其使用效益表现在以下几个方面:一. 增加了二总降变压器的使用效率.在中板厂的轧机处安装SVC装置进行无功功率补偿后,负荷向系统吸取的无功功率显著
