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國家相關部門在2016年12月初印發(fā)了《關于堅決遏制鋼鐵煤炭違規(guī)新增產(chǎn)能，打擊“地條鋼”，建設生產(chǎn)經(jīng)營秩序的通知》。所謂地條鋼，指的是以廢鋼鐵為原料、經(jīng)過感應爐等熔化、不能有效地進行成分和質(zhì)量控制而生產(chǎn)的鋼材。這種鋼材主要為建筑用鋼，被認為存在著嚴重的質(zhì)量隱患，熔煉這種鋼材的設備主要是中頻爐。

廣東某鋼鐵廠主要生產(chǎn)鋼筋盤卷，是一家聚煉鋼-軋鋼一條龍作業(yè)的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。2017年年初為了提高煉鋼質(zhì)量進行了中轉(zhuǎn)電改造，拆掉中頻爐，安裝電弧爐。電弧爐投運后，引起35kV電網(wǎng)電壓波動，閃變值嚴重超標，直接導致附近的水力發(fā)電站無法正常生產(chǎn)。

電弧爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，但是對電網(wǎng)電壓影響嚴重。電弧爐熔化期爐料尚未熔化，電弧不穩(wěn)定，斷弧、重燃經(jīng)常出現(xiàn)，有時會在電極間形成短路。在熔化初期，電流波形不規(guī)律，諧波含量大，主要是低次諧波，嚴重時諧波電流含有率超過20%。在熔化初期，三相不平衡電流含有較大的負序分量，當一相熄弧、另外兩相短路時，電流的基波負序比重最大。電弧爐最重要的影響不是諧波問題，而是電壓波動和閃變。電壓波動、閃變對電網(wǎng)及其它用電設備的安全運行產(chǎn)生嚴重的影響。

鋼廠電弧爐投運之后，雖然安裝了FC補償裝置，但是無法處理電弧爐快速的無功沖擊，補償容量也嚴重不足。電網(wǎng)電壓閃變值嚴重超標，電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定導致附近的水力發(fā)電站無法正常生產(chǎn)，發(fā)電機組劇烈振動，無功電流、有功電流劇烈波動。此外在電弧爐的負荷變低時，系統(tǒng)側(cè)存在過補償問題。

鋼廠業(yè)主為了降低投資，只要求電弧爐投運后不影響周邊企業(yè)生產(chǎn)，功率因數(shù)提高到0.9以上。

2.4 本項目現(xiàn)場補償方案

根據(jù)現(xiàn)場電能質(zhì)量情況和用戶需求，合理的設計補償容量。測試數(shù)據(jù)表明電弧爐最大無功沖擊可以達到電弧爐變壓器的容量2倍以上，如圖2所示。

考慮到成本和現(xiàn)場工況，本項目補償方案是在已有補償裝置（FC）的基礎上，增加一臺35kV直掛FGSVG，F(xiàn)GSVG裝置容量12.5Mvar。

SVG是目前國內(nèi)外較為先進的無功補償裝置，這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過電力電子器件的高頻開關實現(xiàn)無功能量的變換?；驹砭褪菍⒆該Q相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。SVG具有快速的電流響應速度和較強的電壓閃變抑制能力。

新風光35kV直掛SVG的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3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)。在控制算法上采用瞬時無功理論，實現(xiàn)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電流直接控制技術和載波移相技術，實現(xiàn)并網(wǎng)無功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形，如圖4所示。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、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蟆４送猬F(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。

在現(xiàn)場FGSVG通過高壓配電柜接入35kV電網(wǎng)，通過PT、CT檢測35kV系統(tǒng)側(cè)的電網(wǎng)電壓和電流，進行自動跟蹤補償。FGSVG具備PT、CT自動識別功能，現(xiàn)場配電柜合閘后，F(xiàn)GSVG主控制器自動分析PT、CT接線，辨別PT、CT相序之后可以直接開機自動跟蹤補償。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，以及綜合補償模式。

FGSVG并網(wǎng)完成后，為方便用戶遠程監(jiān)控SVG運行數(shù)據(jù)，用戶原監(jiān)控電腦通過雙絞線連接到SVG的對外通信接口，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。FGSVG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。現(xiàn)場運行FGSVG照片如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場運行FGSVG

在SVG投運之前，短時間閃變值最大達到11.0左右，如圖6所示。

 

FGSVG在投運之后，抑制電網(wǎng)電壓波動效果顯著，測得到的最大閃變值降低到3.0左右，如圖7所示。FGSVG投運之后電網(wǎng)電壓波動范圍顯著減小，附近的水力發(fā)電站投運之后，發(fā)電機組之前的劇烈振動消失，無功電流穩(wěn)定，有功電流輕微波動，已經(jīng)不影響生產(chǎn)。

電弧爐是冶金行業(yè)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響較嚴重的設備，其運行時產(chǎn)生大量的諧波、負序、閃變，危害較大的是閃變，影響程度與電弧爐的容量、電網(wǎng)容量有很大關系。此鋼鐵廠為了降低投資成本，補償容量選配的偏小，但是在使用新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓動態(tài)無功補償裝置（FGSVG）之后，電網(wǎng)電壓閃變值顯著降低，不僅消除了電弧爐對水力發(fā)電站的影響，而且鋼廠的月平均功率因數(shù)也提高到0.96以上。