35kV角接SVG链式无功补偿装置在电弧炉现场的应用
The Application of35kV Angle Connected SVG Chain Reactive Power Compensation Device in the Electric Arc Furnace Site
新风光电子科技股份有限公司
张长元(Zhang Changyuan)侯胜旺(Hou Shengwang)田玉芳(Tian Yufang)裴宝峰(Pei Baofeng)
摘要：本文介绍了新风光电子科技股份有限公司一台SVG(型号为FGSVG-C30.0/35)，在某电弧炉现场的应用情况。高压动态无功补偿发生装置的现场应用情况表明,35kV角接动态无功补偿发生装置对于电弧炉现场三项不平衡及电压波动具有很好的补偿效果。
关键词：电弧炉；动态无功补偿装置；电能质量
Abstract:The application and analysis of SVG in the Electric Arc Furnace field.This paper introduced the application of SVG(Model:FGSVG-C30.0/35)manufactured by WindSun electronics science&technology CO.,LTD.in the electric arc furnace site.The application showed that using SVG will produced high economic benefits and high social benefits in Metallurgy industry.
Key words:Electric arc furnace;SVG;Power quality
［中图分类号】TM461［文献标识码】B【文章编号】1561-0330(2021)05-0088-05
1引言
随着经济的发展，各种基础建设开展起来，进而导致各行各业对于钢铁的需求量也越来越来大。而作为钢铁冶炼技术的其中之一，电弧炉冶炼技术也发展迅速。电弧炉具有投资少、冶炼质量高、冶炼速度快等优点，因此在整个冶金行业中，电弧炉冶炼应用范围越来越广泛。
电弧炉炼钢是以电能为供能能源，以废钢为原材料，通过电能在石墨电极与炉料之间拉弧放电，产生60009以上的高温，通过温度对流和热传导将原材料溶解为钢水。相对于传统占地大且复杂的炼铁系统，其工艺流程简单可控，污染易控制。但存在优点的同时，电弧炉炼钢也带来许多电网侧的问题，在整个拉弧溶化初期，电极与原材料之间接触面不够，拉弧较为严重，且因原材料常为较大的废钢，其三相电极接触位置不确定，就会产生较大电弧不稳定及短路现象，因此对于电弧炉炼钢，其在炼钢工艺初期时会产生严重的三相不平衡电流，同时造成严重的电压波动及闪变问题。
为了改善电弧炉炼钢引起的电能质量问题，特别是三相电流不平衡及电压波动问题，传统的治理方式通常为SVC来抑制电弧炉带来的无功冲击，从而处理电网电压波动。但在实际应用中，SVC的响应速度慢，无法处理三相不平衡电流等问题，导致实际在电弧炉现场的补偿效果并不明显。而就要新一代全控型器件的SVG设备则能够快速的响应，平滑稳定的抑制无功功率的变化，同时角接型的设备，还
能在处理无功功率变化的情况下，补偿三相电流，将三相电流补偿平衡。
2电弧炉现场补偿需求
2.1现场配电系统一次图
某电弧炉冶炼厂现场配电系统一次图，如图1所示。
电弧炉 精炼炉
图1现场配电系统一次图
2.2现场负荷情况
本项目现场负荷情况如表1所示。
负荷名称
电压等级额定功率台数
负荷类型备注
电弧炉35kV 50MVA
1感性负荷冲击性负荷精炼炉
35kV
6MVA
1
感性负荷
冲击性负荷
2.3现场存在的电能质量问题
该现场共计有一台电弧炉及一台精炼炉，现场配 有30MvarFC 进行补偿，但是在电弧炉开始投入炼钢以
后，在起炉及炉料的溶化初期阶段，其电弧燃烧不稳
定，频繁的熄弧及重燃，三相严重不对称，同时有功和
无功剧烈波动，电网电压严重不稳，造成炼钢炉工作不
稳定，其炼钢效率降低，另外电弧炉的总功率因素较 低，被供电局考核。
2.4本项目现场补偿方案
无功补偿装置的主要功能是：无功平衡、提高系统
的电压稳定性、同时改善系统的电能质量。对于该项目 来说，增设无功补偿装置能够减少负载引起的无功冲 击，降低电网电压波动情况，同时提高电网考核点的功 率因数。
根据现场负荷分析，其负载为非线性不对称负载， 计算相应的正序有功电流、正序无功电流、负序电流及
谐波电流，以a 相为例：sin(oX  ■ —)
+ sin(血 + 0-)] + 氐]
式（1）中：百为电流，单位为A；町波正序有功分 量的有效值；町波正序无功分量的有效值；厂波负序分 量的有效值；0-波负序分量的初相角；吼波分量。
svg图计算出相应的无功、负序及谐波电流后,FGSVG  装置则提供与此相反的电流，就可以实现对不平衡的
补偿。同时根据功率因数需求计算公式计算补偿无功 功率：
式（2）中：S 为补偿前的视在功率；cosq 偿前功率
因数；COS&2偿后功率因数；Q 补偿的无功功率。
综上计算得出该线路上需要一台35kV  30Mvar  SVG  角接设备进行补偿，满足三相不平衡、电压波动、功率
因数的补偿要求。在现场FGSVG 通过高压配电柜接入
35kV 电网，通过釆样厂区接入点电压和电流信号进行
无功计算，装置并入电网后可24小时挂网运行。装置会 自动跟踪电网侧无功及电网电压的波动情况，计算出所 需要的无功发生量，实时快速相应电网侧补偿的需要。
FGSVG 控制器具有和上位机通信的标准化接口，
具备与变电站综合自动化联网的功能，装置的运行状态 和故障类型均可上传。通讯采用RS-485、以太网等通讯 接口，采用标准Modbus 或用户自定义等多种通讯协议。
3 SVG 基本原理介绍
随着电网的不断发展，对无功功率进行控制与补偿
的必要性与日俱增。
目前理想的解决方案就是釆用FGSVG （Static  Var
Generator 一静止无功发生器）也称STATCOM  （ Static
Synchronous  Compensator 的简称），其主要作用是：提
高电网稳定性、增加输电能力、提高功率因数，消除无
功冲击、抑制谐波、平衡三相电网，降低损耗、节能 减排。相较于传统的补偿装置，SVG 具有响应时间快、
占地面积小、适用于多种场合补偿等明显优势。如图2 所示。
(1)
图2SVG原理ZJX意图
FGSVG系列产品基本原理就是将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
FGSVG系列产品的主电路釆用链式拓扑结构，三角形的连接方式实现不同容量下的高性价比，既保证用户投资的有效性，又保障了电力系统稳定、高效、优质的运行。
控制箱与功率单元信号通过光纤进行隔离控制，实现了高低压的可靠隔离。FGSVG系列产品系统对结构上做出了极大的改进处理，使维护更方便。控制柜进行了严格的抗干扰处理，保障控制系统不受高压主回路的影响。功率模块（单元）的改善使得功率柜占地面积更小，极大节省了用户设备空间，减少了投资。
功率单元内置多种电路板，单元控制部分除了采样回路、保护回路和输出驱动回路外，所有的逻辑和通讯处理均采用大规模FPGA芯片完成，智能化的设计使得硬件更简单，软件更灵活，抗干扰能力更强，可靠性更高，便于以后的功能改进和升级。
每个功率单元均具有完善的保护功能（过流、过压、过温、通讯异常等），各单元状态均反馈到主控系统，控制器与功率单元之间釆用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。功率单元结构上完全一致，模块化的结构设计，使得功
率单元可以任意互
wAuAn
CHISOOV
换，单元的外部接口有两个输出端子及两个光纤插口，这使得维护和检修更简单。在单元已有冗余的情况下其它功率单元发生故障，用户可以简单更换备用功率单元，为恢复生产赢得宝贵时间。
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M5.00ms AC Line/0.00V
16-Feb-1213:535aO142Hz
图3单元输出波形
每个单元通过IGBT逆变桥实现正弦PWM控制，可得到如图3所示的单元输出波形。
单元链接后三相之间角形连接并通过电抗接入电网，通过对每个单元的PWM波形的叠加，可得到逼近正弦的阶梯PWM波形，如图4所示为10kV星型连接的单相波形。
图4单元输出叠加后的波形图
FGSVG系列产品采用了先进的数字化标准载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相叠加、谐波彼此相抵消，串联后又经过输出电抗器滤波，总输出波形正弦度好，dv/dt小，谐波成分含量小，可减少对电缆的绝缘损坏，在输出侧无需再增加输出滤波器。
4补偿效果
4.1补偿效果
不平li An-平均
图5SVG投运前的不平衡度95%概率值为1&05%
不平衡An-平均
ffl
無
召
廿W
图7SVG投运后的不平衡度95%值为1.9%
长时间闪变-AN-平均
图11SVG投运后的长时闪变95%概率值为0.969
在FGSVG未投运之前，三相不平衡严重，如图5〜6所示。
FGSVG在开机投运之后，三相不平衡度及电压波动明显降低。如图7〜9所示。
同时观察110kV母线电网侧的闪变治理情况，如图10〜11所示。
5结束语
在安装了动态无功补偿装置SVG以后，35kV电网的电能质量系统有了非常大的改善，其三相电压不平衡度从18.05%降低到1.9%，电压波动降低，35kV侧的功率因数也达到0.95以上。通过电网侧电能质量的改善，使其电弧炉炼钢效率得到明显提升，电弧炉也能持续稳定的出钢。上述电能质量的改善，
体现出FGSVG对电弧炉现场出现的电压波动及三相不平衡具有非常好的治理能力。
参考文献：
［須石山，刘树，等.STATCOM在电弧炉电能质量治理上的应用［JJ.电力电容器与无功补偿,2015.12.
［2］林海雪，等.电弧炉的供电问题及相关标准［CJ.第四届电能质量及柔性输电技术研讨会•
作者简介：
张长元男本科学历工程师供职于新风光电子科技股份有限公司技术中心

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