工厂供电系统功率因数补偿中的SVC应用

[摘 要]本应用介绍了通过在供电母线上增加晶闸管相控电抗器（TCR）型静止型动态无功补偿装置（SVC）实现对功率因数补偿的改造，能够抑制生产过程中设备负荷起制动频繁而产生的大量高次谐波，以及由于无功冲击造成的供电电压波形畸变，从而极大的提高了供电系统的功率因数，提高供电质量。该应用通过对功率因数补偿的细致研究，分析出影响提高有功功率的变量因素，针对性的选用由西门子Simadyn-D全数字控制系统作保障的SVC系统装置，有效地实现了功率因数的补偿，改善供电电网的电能质量。

[关键词]功率因数；SVC系统装置；动态补偿

中图分类号：TM933.3+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0340-01

1 引言

电力系统是一庞大的系统，其电能损耗的数值相当可观，能源的合理配置是极需解决的问题。功率因数是决定发、供电系统经济效益的一个极为重要的因素， 它直接反映了系统中有功功率与无功功率的分配。对于发、供电系统来说，对负荷不但要求有高的负荷率， 而且也要求有高的功率因数。

在供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性（诸如：感应电动机、电力变压器，电焊机等）。这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以提供这些设备正常工作所需要的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。而且在生产过程中设备负荷起制动频繁，产生大量高次谐波，产生无功冲击，供电电压波形畸变，

极大地降低了供电系统的功率因数，供电质量下降，影响生产线的稳定和产品质量，因此，通过对功率因数补偿改造，在供电母线上增加晶闸管相控电抗器（TCR）型静止型动态无功补偿装置（SVC）， 从而提高功率因数，改善供电电网的电能质量，提高企业的经济效益。

2 功率因数补偿的理论分析

在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余弦叫做功率因数，用符号 cosφ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即 cos φ =P/S，式中P―有功功率；Q―无功功率。

功率因数的大小与电路的负荷性质有关，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于 1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

⑴基本分析。在感性负载电路中，电压与电流的存在相位差φ，功率因数 cosΦ

⑵高级分析。在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。功率因数补偿使两个峰值重新接近在一起，从而提高系统运行效率。

3 SVC动态补偿的应用

3.1 SVC工作原理

交流电路中电感负载会产生感性无功，电容负载会产生容性无功，感性无功和容性无功有相互抵消的作用。SVC装置可以通过连续调节其自身无功功率来补偿母线上的无功功率。

（图1）为SVC主接线原理图，系统主要由调功器TCR及滤波器FC两部分组成：

（1）TCR按三角形连接，每边由反并联晶闸管与等电抗值的二个电抗器组成交流控制器。通过控制晶闸管的触发角大小，使交流控制器的电流从零调节到额定值，从而改变 TCR回路的感性无功功率，动态连续调节无功。

（2）FC回路兼顾滤波及提供容性无功功率，使TCR型SVC可具备从容性到感性区间的无功调节能力，滤波器组同时还可滤除 TCR自身产生的及系统其他负荷产生的谐波。

（图2）所示为晶闸管触发角α与电抗器回路基波电流Il的关系。每半周波电抗器导通角及电抗器电流取决于触发角α，当α为180°时，电抗器不投入运行，当α为90°时，电抗器电流达最大值。TCR理论触发角α的范围为 90°～180°，当α不是90°时，电流波形并非正弦波，含有谐波成分，图3为TCR谐波电流分量Ih与触发角α的关系。

设备负荷无功为 QLod，FC回路提供容性无功QFC。SVC的调节器自动跟踪负载的工作状态，通过TCR回路的感性无功功率 QTCR的调节跟随作用，使负荷流入电网的无功功率趋于零（或一定值），如式1所示

ΣQ=QTCR+QFC+QLod≈0 （1）

调节器的动态响应速度快，响应时间小于 10ms，即实现了无功功率的实时动态补偿。

3.2 SVC系统的选定参数

35kV母线侧SVC装置组成容量：TCR补偿容量40Mvar；FC补偿容量40Mvar。

FC型滤波及无功补偿装置由滤波专用电容器和滤波电抗器组成。在特征谐波频率下可以形成LC串联谐振，对该特征谐波相当于低阻抗通道，使谐波电流大部分流入滤波回路。FC滤波通道由三次（HP3）二阶高通滤波器、五次（HP5）二阶高通滤波器和七次（H7）单调谐滤波器组成。由于系统设备交交变频装置供电的轧机，将产生旁频，采用二阶高通滤波器，可以拓宽频带，有利于吸收设备产生的旁频，有利系统稳定，避免发生谐波放大。

FC装置还有个更重要的作用是提供无功功率，提高系统功率因数。所以实际应用中应该从并联电容容量满足无功补偿和滤除谐波两方面综合考虑设计滤波器。对于满足滤波要求的 FC装置如果无功容量不满足要求可以加装并联电容器。

4 SVC系统组成结构

SVC装置主要由调节柜、监控柜、晶闸管阀组、相控电抗器、水冷系统、滤波电抗器及滤波电容器组成。

为保证SVC装置长期可靠地安全运行，最大限度地满足安全生产需要，选用西门子Simadyn-D全数字控制系统，采用高低压完全隔离的高品质光电触发监控系统和高质量的密闭水循环冷却系统。