静止无功发生器在钢筋焊网机生产中的应用

景 慧，赵耀武，陈乐柱

（安徽工业大学工程研究院，安徽 马鞍山 243002）

1 工厂生产现状

该公司目前有8条焊网机生产线，每台焊网机有14路单相焊接变压器，每台焊网机的单相焊接变压器的供电电源分别接到A-B、B-C、C-A三相电源上。在实际焊接时参与工作的变压器数量是随机的，当实际参与焊接的变压器数量为3的整数倍时，焊接变压器平均分配在三相之间，当不是3的整数倍时可能出现某两相工作一相空载的情形，则会导致三相电流不平衡、产生特征谐波以及功率因数低等问题。经测量可知，在系统运行时负序电流不平衡度最高29.65%；最低为28.79%，且该供电系统的平均功率因数为0.65，远低于电网要求的0.9。

图1 焊网机电流波形

2 补偿装置的原理

SVG可以依据主电路直流侧储能元件的不同分为电压型和电流型，电压型直流侧的储能元件是电容器，电流型直流侧储能元件为电抗器。在实际使用中，电压型桥式电路的效率比电流型桥式电路高，所以在现场使用中，更多的采用的是电压型结构的SVG，本文所选的也是电压型SVG。

SVG主电路由IGBT组成，直流侧储能元件为电容器，通过电抗器并入电网。SVG的控制系统，在工作时首先获取负载的三相电流、以及其他从电网获得的信号，将其送到控制器，计算出所需补偿的无功电流值，控制IGBT的通断从而达到控制交流测输出无功电流的大小，实现无功补偿。

通常SVG工作时通过控制IGBT的通断将直流侧的电压转换成与电网同频率的交流测输出电压。SVG可以等效的看成是一个与电网相连的电压源，图a为带损耗的单相原理图，图b为带损耗的向量图。

其中US表示电网电压，UI表示SVG输出电压，UL=US−UI，通过改变US与UI的相位差和UI的幅值，从而改变输出电流和相位和幅值，以达到SVG吸收或者发出无功功率的大小和性质，满足生产所需要的无功补偿。

3 补偿容量及参数计算

考虑到整个供电系统和负载特性，此次补偿在焊接车间＃1变压器二次侧安装一台SVG来补偿焊网机生产时产生的大量的无功功率，#1变压器容量为1250KVA，共有4台焊网机、6台矫切机和15台行车，所以总的补偿容量公式为：

图2 SVG计损耗原理图

无功容量计算公式为：

其中P表示总有功功率，cosϕ1、co sϕ2分别表示补偿前后的功率因数，KA表示同时系数。因为只计算一台焊网机，所以KA为1，焊网机补偿前的cosϕ1值为0.65，补偿后的cosϕ2值为0.95。已知总的有功功率为292.5KW代入公式（2）中，经计算可得一台焊网机需要补偿的无功容量为245.7KVar。

行车和矫切机的功率分别为127.5kW和270kW，补偿前cosϕ1为0.85、补偿后cosϕ2为0.95，同时工作系数为0.75，将其带入公式（2）中，计算出行车和矫切机总需要补偿的容量为125.5kVar。

将计算得到的焊网机、行车和矫切机的补偿容量代入公式（1）中，最后算出总的补偿容量为371.2kVar。

本次总的补偿容量为371.2kVar，在设计时，采用4个100kVar的功率模块并联，4个模块的型号参数选择一样，所以当SVG的补偿容量为100kVar，正常运行时的相电流计算公式为公式（3）：

SVG直流侧电容的主要作用是滤波和稳压。一般情况电容值要稍微大一点，但是考虑到实际的成本，在电容选取要将其控制在合理的范围内，工程上通用算法如公式（4）：

公式（4）中，η为能量补偿系数，取值为0.9，ω为系统电压输出角频率，k为直流侧电压波动系数，取值为10%，为直流侧电压值，取值为800V。

SVG中的连接电感主要作用是为了抑制IGBT通断过程中产生的谐波电流。其值的大小会影响动态响应速度，在实际工程中，则需要根据具体的情况来确定。电感值的计算公式如下：

SVG中最重要的元件是IGBT，IGBT的选择最主要的两个方面分别是所能承受的最大耐压值和额定条件下的工作电流，在此基础上给与一定的安全裕量。

额定电流计算公式为：

IGBT的额定电压为：

4 补偿装置的效果分析

图3 投入后的系统功率因数

图4 投入后零序电流不平衡度

将SVG装置投入生产以后，通过PQ-box-200电能质量测试仪在＃1变压器二次侧对供电系统的电能质量进行测试，综合对比SVG投入前后的系统功率因数、电流波形以及三相电流的不平衡度。通过对比发现，在投入生产以后有了显著的效果，投入以后系统功率因数在焊接过程中达到了0.96以上；系统的零序电流不平衡度在SVG投入以后最高为0.72%、最低为0.05%左右；投入SVG以后中线电流近似为零，三相电流达到平衡状态。以上三者数据表明在SVG装置投入以后其治理效果非常显著。