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動力變，主負荷為橫列式軋鋼機、連軋生產(chǎn)線。橫列式軋機為三輥式軋鋼機，由一臺1250kW/10kV的高壓電機驅(qū)動；連軋生產(chǎn)線有8臺平軋、2臺立軋以及一臺飛剪組成。軋鋼機運行時產(chǎn)生大量無功功率，致使公司10kV進線端的功率因數(shù)降低；軋鋼時有功、無功功率的沖擊，引起了電網(wǎng)電壓的閃變。

橫列式軋鋼機的動力電機為1250kW/10kV交流電機，而連軋生產(chǎn)線全部是220kW、400kW、480kW、560kW不同功率的10臺直流軋機，其控制柜輸入端為整流電路，產(chǎn)生大量諧波污染，因此整個現(xiàn)場需要進行全方位的電能質(zhì)量治理，包括無功補償、電網(wǎng)電壓閃變抑制和諧波治理。

本項目為新建項目，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補償裝置。

3臺整流變壓器為直流軋機的控制柜提供電源，1臺動力變壓器為生產(chǎn)線上的驅(qū)動電機提供電源，1250kW/10kV的高壓電機通過配電柜接入10kV電網(wǎng)。

2.2 現(xiàn)場負荷情況

 本項目現(xiàn)場負荷情況如表1所示。

表1負荷情況表

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

2.3 本項目現(xiàn)場存在的問題

通過現(xiàn)場考察，現(xiàn)場主要有3個問題：

（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，直接掛在10kV電網(wǎng)，啟動方式為直接啟動，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)量標準。橫列式軋機是生產(chǎn)線上第一級軋機，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。大量的直流軋機產(chǎn)生了產(chǎn)生大量6N±1 為主的諧波，同時負荷為沖擊性負載，運行過程中對電網(wǎng)電壓也會引起閃變等現(xiàn)象。

 2.4 本項目現(xiàn)場補償方案

軋鋼機在運行過程中產(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)上其它用電設備的安全運行帶來嚴重的影響。大量的直流軋機產(chǎn)生了5、7次諧波，對于此類軋機現(xiàn)場需要快速的無功補償來抑制電網(wǎng)電壓閃變、提高功率因數(shù)，同時進行諧波補償。

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

       負荷總?cè)萘考s8000kW，現(xiàn)場平均功率因數(shù)為0.75，補償后功率因數(shù)目標值為0.95，根據(jù)以下計算公式計算基波無功需求值：

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

山東新風光10kV SVG的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。主電路采用鏈式串聯(lián)結(jié)構(gòu)設計，每一相由多個相同的功率單元組成。每個功率單元由多個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)使整機輸出電壓波形更接近于正弦波，避免了大的du/dt所導致的諸多問題。

FGSVG系列產(chǎn)品采用進口電力電子模塊作為主功率器件，多個DSP和FPGA組成強大的控制系統(tǒng)。在控制算法上采用了先進的瞬時無功理論，實現(xiàn)了對系統(tǒng)/負載無功功率的快速準確的檢測。為了得到更快的響應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，實現(xiàn)適當?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)地運行。

FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設計，滿足系統(tǒng)高可靠性的需求，模塊化設計集成度高，功率單元互換性好，現(xiàn)場安裝、維護簡單，占地面積小，通常只有相同容量SVC的50%?？啥嗯_FGSVG并聯(lián)安裝，極易擴展容量；并聯(lián)運行使用高速光纖通訊，通訊速度快，能夠滿足快速補償?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，例如實時狀態(tài)量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、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、分時控制、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，進行自動跟蹤補償。FGSVG具有多種自動補償模式，如恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式，以及綜合補償?shù)?，現(xiàn)場采用恒考核點功率因素進行電壓綜合補償。調(diào)試投運之后，SVG自動跟蹤補償，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，可以與后臺進行聯(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、維護非常簡單?，F(xiàn)場運行中的FGSVG照片如圖3所示。

圖3  FGSVG現(xiàn)場外觀圖

4.2  補償效果

FGSVG運行后無功功率補償效果非常理想，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投運后對沖擊性無功功率快速補償，有效的抑制了電網(wǎng)電壓的閃變，電網(wǎng)電壓最大波動200V，基本穩(wěn)定在10500V附近，保證了用電設備的安全運行，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

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

圖6 補償后的系統(tǒng)10kV電壓總諧波畸變5 結(jié)束語

現(xiàn)場使用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的FGSVG高壓動態(tài)無功補償裝置之后，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勵。電網(wǎng)電壓閃變得到有效的抑制，電網(wǎng)最大波動不超過200V，保證了廠內(nèi)，以及電網(wǎng)上其他用電設備的安全運行。