靜止無功發(fā)生器在鋼筋焊網(wǎng)機(jī)生產(chǎn)中的應(yīng)用

景 慧，趙耀武，陳樂柱

（安徽工業(yè)大學(xué)工程研究院，安徽 馬鞍山 243002）

1 工廠生產(chǎn)現(xiàn)狀

該公司目前有8條焊網(wǎng)機(jī)生產(chǎn)線，每臺焊網(wǎng)機(jī)有14路單相焊接變壓器，每臺焊網(wǎng)機(jī)的單相焊接變壓器的供電電源分別接到A-B、B-C、C-A三相電源上。在實(shí)際焊接時參與工作的變壓器數(shù)量是隨機(jī)的，當(dāng)實(shí)際參與焊接的變壓器數(shù)量為3的整數(shù)倍時，焊接變壓器平均分配在三相之間，當(dāng)不是3的整數(shù)倍時可能出現(xiàn)某兩相工作一相空載的情形，則會導(dǎo)致三相電流不平衡、產(chǎn)生特征諧波以及功率因數(shù)低等問題。經(jīng)測量可知，在系統(tǒng)運(yùn)行時負(fù)序電流不平衡度最高29.65%；最低為28.79%，且該供電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)為0.65，遠(yuǎn)低于電網(wǎng)要求的0.9。

圖1 焊網(wǎng)機(jī)電流波形

2 補(bǔ)償裝置的原理

SVG可以依據(jù)主電路直流側(cè)儲能元件的不同分為電壓型和電流型，電壓型直流側(cè)的儲能元件是電容器，電流型直流側(cè)儲能元件為電抗器。在實(shí)際使用中，電壓型橋式電路的效率比電流型橋式電路高，所以在現(xiàn)場使用中，更多的采用的是電壓型結(jié)構(gòu)的SVG，本文所選的也是電壓型SVG。

SVG主電路由IGBT組成，直流側(cè)儲能元件為電容器，通過電抗器并入電網(wǎng)。SVG的控制系統(tǒng)，在工作時首先獲取負(fù)載的三相電流、以及其他從電網(wǎng)獲得的信號，將其送到控制器，計算出所需補(bǔ)償?shù)臒o功電流值，控制IGBT的通斷從而達(dá)到控制交流測輸出無功電流的大小，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。

通常SVG工作時通過控制IGBT的通斷將直流側(cè)的電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率的交流測輸出電壓。SVG可以等效的看成是一個與電網(wǎng)相連的電壓源，圖a為帶損耗的單相原理圖，圖b為帶損耗的向量圖。

其中US表示電網(wǎng)電壓，UI表示SVG輸出電壓，UL=US?UI，通過改變US與UI的相位差和UI的幅值，從而改變輸出電流和相位和幅值，以達(dá)到SVG吸收或者發(fā)出無功功率的大小和性質(zhì)，滿足生產(chǎn)所需要的無功補(bǔ)償。

3 補(bǔ)償容量及參數(shù)計算

考慮到整個供電系統(tǒng)和負(fù)載特性，此次補(bǔ)償在焊接車間＃1變壓器二次側(cè)安裝一臺SVG來補(bǔ)償焊網(wǎng)機(jī)生產(chǎn)時產(chǎn)生的大量的無功功率，#1變壓器容量為1250KVA，共有4臺焊網(wǎng)機(jī)、6臺矯切機(jī)和15臺行車，所以總的補(bǔ)償容量公式為：

圖2 SVG計損耗原理圖

無功容量計算公式為：

其中P表示總有功功率，cos?1、co s?2分別表示補(bǔ)償前后的功率因數(shù)，KA表示同時系數(shù)。因?yàn)橹挥嬎阋慌_焊網(wǎng)機(jī)，所以KA為1，焊網(wǎng)機(jī)補(bǔ)償前的cos?1值為0.65，補(bǔ)償后的cos?2值為0.95。已知總的有功功率為292.5KW代入公式（2）中，經(jīng)計算可得一臺焊網(wǎng)機(jī)需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量為245.7KVar。

行車和矯切機(jī)的功率分別為127.5kW和270kW，補(bǔ)償前cos?1為0.85、補(bǔ)償后cos?2為0.95，同時工作系數(shù)為0.75，將其帶入公式（2）中，計算出行車和矯切機(jī)總需要補(bǔ)償?shù)娜萘繛?25.5kVar。

將計算得到的焊網(wǎng)機(jī)、行車和矯切機(jī)的補(bǔ)償容量代入公式（1）中，最后算出總的補(bǔ)償容量為371.2kVar。

本次總的補(bǔ)償容量為371.2kVar，在設(shè)計時，采用4個100kVar的功率模塊并聯(lián)，4個模塊的型號參數(shù)選擇一樣，所以當(dāng)SVG的補(bǔ)償容量為100kVar，正常運(yùn)行時的相電流計算公式為公式（3）：

SVG直流側(cè)電容的主要作用是濾波和穩(wěn)壓。一般情況電容值要稍微大一點(diǎn)，但是考慮到實(shí)際的成本，在電容選取要將其控制在合理的范圍內(nèi)，工程上通用算法如公式（4）：

公式（4）中，η為能量補(bǔ)償系數(shù)，取值為0.9，ω為系統(tǒng)電壓輸出角頻率，k為直流側(cè)電壓波動系數(shù)，取值為10%，為直流側(cè)電壓值，取值為800V。

SVG中的連接電感主要作用是為了抑制IGBT通斷過程中產(chǎn)生的諧波電流。其值的大小會影響動態(tài)響應(yīng)速度，在實(shí)際工程中，則需要根據(jù)具體的情況來確定。電感值的計算公式如下：

SVG中最重要的元件是IGBT，IGBT的選擇最主要的兩個方面分別是所能承受的最大耐壓值和額定條件下的工作電流，在此基礎(chǔ)上給與一定的安全裕量。

額定電流計算公式為：

IGBT的額定電壓為：

4 補(bǔ)償裝置的效果分析

圖3 投入后的系統(tǒng)功率因數(shù)

圖4 投入后零序電流不平衡度

將SVG裝置投入生產(chǎn)以后，通過PQ-box-200電能質(zhì)量測試儀在＃1變壓器二次側(cè)對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行測試，綜合對比SVG投入前后的系統(tǒng)功率因數(shù)、電流波形以及三相電流的不平衡度。通過對比發(fā)現(xiàn)，在投入生產(chǎn)以后有了顯著的效果，投入以后系統(tǒng)功率因數(shù)在焊接過程中達(dá)到了0.96以上；系統(tǒng)的零序電流不平衡度在SVG投入以后最高為0.72%、最低為0.05%左右；投入SVG以后中線電流近似為零，三相電流達(dá)到平衡狀態(tài)。以上三者數(shù)據(jù)表明在SVG裝置投入以后其治理效果非常顯著。