SVC改造方案分析

第35卷第4期電力電容器與無(wú)功補償Vol35 No 42014年8月Power Capacitor Reactive Power CompensationAug.2014SVC改造方案分析林琳!,段曉波2,高亞靜(1.華北電力大學(xué)新能源電力系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室,河北保定0710032.河北省電力科學(xué)研究院,河北石家莊050021)摘要:電弧爐(EAF)利用電極之間的弧光產(chǎn)生熱量來(lái)熔化金屬,特別是在起弧的瞬間,電流變化為突然變化,波動(dòng)極為劇烈,最大時(shí)可接近短路,最小時(shí)為開(kāi)路,頻繁變化的電流在電網(wǎng)阻抗上形成了電壓降,引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng),導致電網(wǎng)電能質(zhì)量惡化,筆者針對起弧瞬間電壓波動(dòng)的問(wèn)題對某變電站現有的SVC系統進(jìn)行了分析,指出了其中的不足之處,并依據仿真結果的比較,給出了合理的改進(jìn)方案,最后得到了較為滿(mǎn)意的結果。關(guān)鍵詞:電弧爐(EAF);電壓突變;無(wú)功補償;靜止無(wú)功補償(SVC)中圖分類(lèi)號:TM7611文獻標志碼:A文章編號:16741757(2014)0402105Analysis on SVC Modification ProgramLIN Lin, DUAN Xiaobo, GAO Yajing(1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy SourcesNorth China Electric Power University, Baoding 071003, China2. Hebei Electric Power Research Institute, Shijiazhuang 050021, China)Abstract: The electric arc furnace(EAF)uses the heat caused by thee arcght between electrodesto melt the metal. Especially at the instant of arc ignition, the current varies abruptly with severefluctuation. The highest fluctuation closes to short circuit, whilst the lowest fluctuation just like opercircuit. Frequent variation of the current would cause voltage drop on the network impedance, resultin the fluctuation of network voltage and lead to deterioration of power quality. In this paper, thet instant of arc ignition on existing svc reactive powercompensation system of certain substation is analyzed, its shortcoming is pointed out and reasonablemodification program is given on the basis of comparison of simulation result. Finally, very satisfactoryresult is obtainedKeywords: electric arc furnace(EAF); voltage abrupt variation; reactive power compensation;static var compensation( SvC0引言大時(shí)可接近短路,最小時(shí)為開(kāi)路,頻繁變化的電流在電網(wǎng)阻抗上形成了電壓降,引起電網(wǎng)電壓的電弧爐(EAF)是利用電極之間產(chǎn)生的大量熱波動(dòng),導致電網(wǎng)電能質(zhì)量惡化,危及發(fā)配電和電能來(lái)熔化金屬的一種電爐,當電極之間形成電弧力用戶(hù),影響自身的產(chǎn)鋼量,還會(huì )使電耗、電極的時(shí),電阻很小接近短路,所以電弧爐在工作時(shí)其消耗增大。通常鋼廠(chǎng)企業(yè)采用SVC裝置進(jìn)行無(wú)功功率因數低、無(wú)功負荷大且急劇變動(dòng)特別是在補償,但完計需更行詳細的分析起弧的瞬間,電流變化為突然變化,波動(dòng)劇烈,最與比較,才中國煤化工子針對某變電CNMHG收稿日期:201403-312014年第4期電力電容器與無(wú)功補償第35卷站中現有SVC補償系統進(jìn)行分析,指出其中的不2問(wèn)題的提出與分析足之處,并加以改進(jìn),最終達到理想的效果。EAF在起弧的瞬間,電流驟然增加,從0開(kāi)1某110kV變電站系統概述始上升到接近短路時(shí)的電流值,電流的不穩定造某110kV變電站經(jīng)過(guò)輸電線(xiàn)路向2臺電成更大電壓波動(dòng),線(xiàn)路阻抗在起弧的瞬間與維持弧爐供電,35kV安裝有TCR型SVC補償裝置,電弧階段有所不同,導致線(xiàn)路上的壓降也不同該站同時(shí)給另一化工廠(chǎng)供電,供電單線(xiàn)圖如圖1起弧瞬間的電壓波動(dòng)更加嚴重。從傅里葉變換的所示。角度來(lái)看,這種突變電流的頻譜為連續寬帶頻①x…yT電爐變譜,如果電流的變化時(shí)間為0,則頻譜為無(wú)限寬的l10kV110/35k頻譜,如果電流變化時(shí)間為T(mén),則頻譜幅度隨著(zhù)頻PCCT電爐變電弧爐率的升高而降低,電流的變化率越低,頻譜幅度精煉爐隨著(zhù)頻率升高的衰減就越快。需要強調的是,這里電流變化對應的是連續頻譜,而絕不是100Hz、圖1電弧爐供電單線(xiàn)圖Fig. 1 Single line diagram powered by EAF150Hz、200Hz等50Hz整倍數的諧波,傳統上圖1中:X為35kV系統的等效電抗;Xa為認為諧波電流以23、4、5等為主是一個(gè)錯覺(jué),這從變電站出口到35kV開(kāi)關(guān)站的輸電線(xiàn)路等效是因為諧波分析儀只能顯示50Hz整數倍的頻電抗;X3為電弧爐限流電抗器的電抗。其中,35kV率成分。的PC連接點(diǎn)側最大短路容量和最小短路容量根據以上分析,要解決電壓突變的問(wèn)題,需分別為500MVA和286MVA,11035kV主變的要減小電流變化量和電流變化率,現有系統中為額定容量為90MVA,阻抗電壓為1171%,EAF了減小電流變化率增加了電弧供電線(xiàn)路的電感和精煉爐變壓器的容量分別為60MA和15MVA,量,因為電感量越大,限制電流突變的能力越強EAF串聯(lián)的限流電抗器容量為11MVA。系統在減小電流變化量的方法是在電弧爐的上游處安35kV處安裝SVC進(jìn)行諧波治理和無(wú)功補償裝電容,用電容儲存的能量補充起弧時(shí)需要的巨SVC容性無(wú)功功率為72Mvar,感性無(wú)功功率為大電流。圖1中的X3起到了限制電流突變的作66Mvar,SvC投入后系統功率因數為098。SVC用,SVC起到了補償電容的作用。但是目前的系濾波支路設置為2,3,4,5次支路,各支路的容量統還不夠完善,存在以下問(wèn)題見(jiàn)表1,其中2次為高通支路,濾波器各類(lèi)型電路1)電容支路為調諧性的,僅能提供調諧頻率圖如2所示。上的能量補充,而在起弧時(shí)電流的頻譜為寬帶頻表1濾波時(shí)各支路補償容量譜,因此調諧的窄頻帶補償電路不能滿(mǎn)足補償的Tab. 1 Compensation of each filtering branch要求濾波支路2)X2現在的安裝位置雖然限制了電弧爐的補償容量Mvar17.1211468818.37721889突變電流,但同時(shí)也阻塞了電容為電弧爐提供電流的通路;3)svc裝置不能夠解決電弧爐的起弧瞬間的電壓波動(dòng)問(wèn)題。3改進(jìn)方案的仿真分析31改進(jìn)措施(a)單調諧濾波器(b)二階高通濾波器(c)C型高通濾波器根據V中國煤化工施:圖2濾波器電路圖1)SVCCNMHG高通支路,但Fig. 2 Filter circuit需要進(jìn)行濾波效果分析,比較分析高通和調諧對2014年第4期靜補與串補·林琳,等SVC改造方案分析(總第153期)諧波的濾波效果,經(jīng)過(guò)仿真計算得出較好的方案。2)將XB安裝到SVC的前端綜合濾波效果000和電弧爐起弧階段電壓下降的問(wèn)題,通過(guò)仿真分析得出比較合適的方案。通過(guò)以上的改進(jìn),可以預期電壓波動(dòng)的情況2030將會(huì )得到改善,對于改善的效果可以采用以下的0.981.001.021.041061081.101.121.141.16方法進(jìn)行仿真分析。首先仿真分析SⅤC全部采用高通濾波器時(shí)在不同的安裝位置對電壓波動(dòng)的圖4SvC放在X3后端(電弧爐處),1.0s負載突變,SⅤC動(dòng)作抑制效果,然后分析SVC采用2次高通和3次、Fig 4 SvC action and located at back of XI(EAF4次、5次調諧濾波卩的形式在不同位置的電壓connection point), 1.0 s load abrupt variation波動(dòng)情況,對比兩種情況從而得出最佳安裝位置。圖5為SVC放在公共連接點(diǎn)PCC處,0975s根據圖1所示的電弧爐供電系統建立仿真負載突變后的電壓變化波形,電壓經(jīng)過(guò)125ms模型,由三相電源經(jīng)過(guò)變壓器給電弧爐負載供后在11s處趨于穩定,在0.975-10s之間電壓波電,系統運行穩定后,使斷路器閉合接入大功率動(dòng)最大,波形最高點(diǎn)值為4152kV,波形最低點(diǎn)值負載,以此模擬電弧爐起弧的瞬間情況,同時(shí)為-3928kV;圖6為SVC放在X后端,0.975sSVC補償裝置動(dòng)作,然后分析不同情況下圖1中負載突變后的電壓變化波形,經(jīng)過(guò)75ms后在PCC點(diǎn)的電壓變化情況。1.05s處趨于穩定,在0.975~1s之間電壓波動(dòng)較3.2SC采用高通濾波器大,波形最高值和最小值分別為2325kV和圖3為SvC采用高通濾波器,放在X前端1831kV。PCC連接點(diǎn)處,1.0s接入大功率的負載,此時(shí)電壓過(guò)0,同時(shí)SvC投人后的電壓變化波形。0000400.981.001021041061.081.101.121.141.16圖5SvC放在x3前端(PCC連接點(diǎn)處),0975s負載突變,SⅤC動(dòng)作(三相圖3SvC放在Xa3前端(PCC連接點(diǎn)處),1.0s負載突Fig 5 SVC action and located at front of Xu3(PCC變,SⅤC動(dòng)作connection point), 0.975 s load abrupt variationFig3 SVC action and located at front of X,(PCConnection point), 1.0 s load abrupt variation從圖3可知,SVC放在公共連接點(diǎn)處,在1s時(shí)負載發(fā)生突變,經(jīng)過(guò)140ms后在114s處趨20于穩定,在1~114s之間存在電壓波動(dòng),電壓最大值為41.79kV,負相最大值為-3916kV900.951.001.051.101.151.20圖4為SVC放在X3后端電弧爐處,大功率時(shí)間/s負載投入后PCC點(diǎn)的電壓變化圖形。從圖4可圖6SVC放在x后端(電弧爐處),075s負載突變,以看出,SVC放在X3后端,電壓經(jīng)過(guò)80ms后SC動(dòng)作(三相)Fig 6 SVC action and located at back of XI(EAF在1.08s處趨于穩定,在1-1.08s之間電壓波中國煤化工v動(dòng),正相波動(dòng)最大點(diǎn)電壓值為17.825kV,負相波圖3~6CNMHG,分別在電動(dòng)最大電壓值為-23.135kV壓過(guò)零和峰值時(shí)投入,不同安裝位置的電壓波形。232014年第4期電力電容器與無(wú)功補償第35卷從圖3-6中可以看出,SVC放在負載端時(shí),不同1.02s之間電壓波動(dòng)較大,電壓波動(dòng)正向最大時(shí)間合閘的負載突變對電網(wǎng)電壓造成的影響相和負向最大分別為24.95kV和-250kV。對較小,而電壓從波動(dòng)至穩態(tài)響應時(shí)間也較快,說(shuō)明X3起到了阻止電源電流突變的作用,增加了電弧爐從電網(wǎng)直接吸取電流的難度,增強了電容補償裝置的功能,減小了電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。-1033SVC采用調諧濾波器圖7中調諧濾波器放在PCC連接點(diǎn)處,0.940.960.981.001.021.041.061.081.101.12時(shí)間s0975s負載突變時(shí),電壓經(jīng)過(guò)125ms后在11s圖8SVC放在X3后端(負載處),0.975s負載突變,處趨于穩定,098-1.04s電壓波動(dòng)較大,波形正SC動(dòng)作(三相)向最大和負向最大分別為3490kV和-3670kV。Fig 8 SVC action( three phase)and located at back ofXI(EAF connection point, 0.975 s load abruptvariation從以上分析結果可知,SVC安裝在XB下游,10采用調諧形式的濾波器結構時(shí),波形趨于穩定的時(shí)間較短,電壓波動(dòng)的偏差較小,結果較為理想。3.4SvC濾波效果模擬仿真sVC采用高通濾波和調諧濾波對諧波的0.940.960.981.001.021.041.061.081.101.12時(shí)間s抑制效果有所不同,為了對比不同結構濾波器的圖7SC放在X3前端(PCC連接點(diǎn)處),0975s負載諧波抑制效果,仿真分析可統一采用諧波源為單突變,SⅤC動(dòng)作(三相)位1的電流源模型,將2,3,4,5等各次諧波電流Fig 7 SVC action( three phase)and located at front ofXI3(PCC connection point ), 0.975 s load abrupt均設定為1。補償裝置的3次,4次和5次濾波器variation均改為高通濾波器,電容器參數不變,高通濾波圖8中調諧濾波器放在X3下游處,電壓器參數見(jiàn)表2,仿真時(shí)不同結構的濾波器后進(jìn)入經(jīng)過(guò)75ms后在1.05s處趨于穩定,在0.975~系統的諧波電流的大小m見(jiàn)表3表2濾波器參數Tab. 2 Parameters of filter參數2次高通3次高通4次高通5次高通電容器組CnC3IC電容值/μF13358844.5291358124527717898596621848472828電容額定電壓/kV3x8.83x7.56.83×6.86.53×65基波容抗/A23.82871484234377031217.78553.3541456943707電感值/mH56.639基波電抗A2382823.4371778514.569濾波電抗器基波品質(zhì)因數電阻器電阻4×1200x12002×1200電阻器額定連續功率/kW4x2×252×25電容器額定電流/A320382446表3不同濾波器形式和不同安裝位置比較分析Tab 3 Comparative analysis of different filter types and different filter locationsSvC濾波器各次諧波電流位置形式2次5次7次8次調游在x下游03030203409av口中國煤化工0高通在X下游0.03710.24660.304600.6543高通在X上游0.06290.0081CNMHG 0.6330調諧在X下游0.1564001140.01160.0038005820081900953060722014年第4期·靜補與串補·林琳,等SVC改造方案分析(總第153期)均改為高通濾波器后,2次諧波的濾波效果sation based on low voltage intermediate frequency很好;3、4、5次諧波很差,由于調諧濾波器的調諧tive stove[J]. Low Voltage Apparatus, 2007(9)點(diǎn)非常接近345次,系統阻抗為13.64×0.31449,而濾波器的電阻為049數量級,諧波電流6]王兆安張明勛電力電子設備設計與應用手冊[M]大部分進(jìn)入了濾波器。綜合考慮SVC對諧波抑制北京;機械工業(yè)出版社,2009[7]劉進(jìn)軍,王兆安.LC濾波的單相橋式整流電路網(wǎng)側諧效果和負載變化對電壓波動(dòng)的影響,方案中采用波分析[J].電力電子技術(shù),1996(2):5-9調諧濾波器,調諧濾波器安裝在X3的下游,即電LIU Jinjun, WANG Zhaoan. Harmonic analysis of LC弧爐負載的前端。filtered single phase bridge ectifier[J]. 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