基于同步对称分量法的无功补偿装置在电弧炉中的应用
对称分量法及其在电力系统中的应用
Ⅰ组织教学1、安顿课堂纪录与秩序2、呼起立，清查学生人数3、提出本次课主要内容与任务Ⅱ复习旧课引入新课简要回顾上次课程的主要内容，介绍本次课程的要点Ⅲ讲授新课一、对称分量法对称分量法：就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成为一组不对称的三相相量的方法。
如图中相量1a F 、1b F 、1c F 幅值相等，相位彼此互差120，且a 超前b ，b 超前c ，称为正序分量；图（b ）中相量2a F、2b F 、2c F幅值相等，相位关系与正序相反，称为负序分量；图中相量0a F 、b F 、c F 幅值和相位均相同，称为零序分量，分别用下标0,2,1表示正、负零序分量。
在图中，将三组对称的各序相量进行合成，得到一组不对称的相量aF 、bF 、cF 。
000222111c b a c c b a b c b a a F F F F F F F F F F F F由电路理论知识可知：1211201a a j b F a F e F ，111201a a j c F a F e F221202a a j b F a F e F ，2221202a a j c F a F e F ，000c b a F F F式中，2321120j e a j ；23211202je a j ；将一组不对称相量用a 相的各序分量表示：0212211111a a a c b aF F F a a a a F F F 或简写为：1201F S F abc 。
其逆关系为c b aa a a F F F a a a a F F F 111113122021或简写为：abc SF F 120。
对称分量法的实质是叠加原理在电力系统中的应用，只适用于线性系统的分析。
二、对称分量法在电力系统中的应用现以图所示简单电力系统为例来说明应用对称分量法计算不对称短路的一般原理。
一台发电机接于空载输电线路，发电机中性点经阻抗n z 接地。
无功补偿在工业用电中的应用案例分析
无功补偿在工业用电中的应用案例分析在工业用电领域，无功补偿是一项重要的电力质量控制措施，可以提升系统的功率因数，改善电力质量，减少能耗和电网损耗。
本文将通过分析两个工业用电的案例来说明无功补偿在工业用电中的应用。
一、案例一：XX工厂的无功补偿应用XX工厂是一家大型钢铁生产企业，其生产线设备众多且容量较大。
在过去的运行中，该工厂存在着较高的无功功率，功率因数较低，对电网带来了较大的负荷和损耗。
为解决这一问题，该工厂引入了无功补偿装置，并进行了如下的应用案例分析。
1. 现状分析：通过对该工厂的电力质量数据分析，发现其功率因数仅为0.8，且出现了较高的无功功率损耗。
这不仅造成了电网能源的浪费，还导致了电网电压的波动，对电力设备的正常运行产生了不利影响。
2. 无功补偿装置的引入：为改善电力质量，XX工厂决定引入无功补偿装置，通过对电网中的无功功率进行补偿，提高功率因数，提升系统的能效和稳定性。
3. 系统优化效果：经过装置安装后，工厂的功率因数得到了显著提升，达到了0.95以上，无功功率得到了有效控制。
这不仅降低了电网的负荷，减少了电网能耗，还提高了工厂内部的电力质量。
同时，由于电能的有效利用，工厂的生产效率也得到了提升。
二、案例二：YY工厂的无功补偿应用YY工厂是一家汽车制造企业，其生产线设备众多，需要大量的电力供应。
由于设备长期运行，导致电网出现了较高的无功功率，影响了电力供应的稳定性。
为解决这个问题，YY工厂引入了无功补偿装置，并进行了以下的应用案例分析。
1. 现状分析：通过对YY工厂的电力质量监测，发现存在较低的功率因数和较高的无功功率。
这导致了电力系统的能效降低和电能的浪费，加剧了电网的负荷损耗。
2. 无功补偿系统的安装：为改善电力质量，YY工厂采用了无功补偿装置来优化系统功率因数。
通过监测系统电压和电流，装置可以实时控制无功补偿设备的运行，使系统的功率因数保持在正常范围内。
3. 应用效果分析：通过装置的应用后，YY工厂的功率因数得到了有效提升，电网负荷得以减轻，电力供应的稳定性得到了明显改善。
浅析电力系统中对称分量法的应用
的电动机保护 大多是采用 热继 电器加 过流继 电器 的保护方 式 ， 都是 以鉴别 电动机过 电流 幅值 来判 别过载、 短路等 故障。然而 ， 当电动机 发生各类不对称故障时 ，如断相 、匝 间短路 、不对称 运行等 ，往往 并不一定出现明显的过 电流 。因此 ，传统 的保护 是很难 反映这类故障的 ，而 电动机不对称故障 出现 的负序或 零 序 电流 若不及时排除则会给 电动机造成很大 的危害 。另 外， 电 动机各类 内部故障 ，如绕组匝 间短路或接地 、绝缘破坏 等，一 般 是 由于环境和较长期运行不当等原 因引起 的。起初 的故障往 往是较轻 的局部故障 ，所 引起 的电动机 电幅值变化 很小从而难 以检测，但若不及时处理等事故发展到足够大 的过 电流 短路等 严故障时 ，电动机 已烧损 ，则失 去了意义 。由此可知，现有 的 电动机故障保护方式很难较好地适应 电动机 的各种 运行环境 以 及复杂 的故障形 式。而应用 对称分量 法 ，当 电动机发生各类 不 对称故 障时，只需通过 检测 电动机各序 电流分量 的大小 即可 以 判别 电动机 的故障类型及其程度 ，即构成一种保护装置 。 （ ３ ）对称分量 法在非线 性 电力 系统 中的应用 。一 般来说 ， 传 统的功率理论都是 以正弦条件为前提基础 的，而 随着 现代 社 会 的发展需要 ，大量的非线性 电力 电子用户 出现且增加 相对迅 ＝ ｅＪ ２ ４ ０ 。 ｌ＝ ａ２ １ 速。但这也导致 了一系列 问题 的出现 ，如 电网电压 波形的畸变 ， ， １ 和三相系统不对称 的情况越来越严重等 。尤其是一 些非线性负 Ｉ＝ ｇ ＝ ｌ 载的 出现 ，不仅使得 电源 电压波形发生 畸变 ，而且在负载侧产 ｊ ６ ２ ＝Ｐ ｊ ２ ＝ ２ 生 了衍生 的谐波 电流源 ，加之传统理论方法 的不适性 ，这些都 使得对系统 的分析变得极其 复杂 。所 以一些新的针对非线性 系 ｃ ２ ＝ｅ Ｊ 。 ’ Ｊ 『 口 ２ ＝ 口 Ｊ 『 ４ ２ 统的新功率理论应运而 生，但 其在三相电压不对称 的情况下 几 Ｉ ｔ ， ｏ＝ Ｉ ｃ ＝ Ｉ 乎是无法使用 的。根据对称 分量 法原理， 可 以将三相 不对 称的 、 非正 弦的 电压 和三相不平衡的负载 电流先进行傅里 叶变 换，再 由上式可 以得 出正序 、负序和 零序三组对 称分量 。其 中， 应用对称 分量 法对 电压、 电流进行分解就可 以得到系统所 需的 正序 分量 的相序与正常对称运行的三相系统相序相 同，为逆 时 全部 电量信息，并且其物理意义 明确 。将此法 与其他 的功率理 针方向 ； 而负序分量的相序与正序 的相反 ，为顺 时针 方向 ； 零 论方 法比较可知 ： 在频域 中，对于线性负载系 统，对称 分量法 序分量则三相同相位 。 对所有三相 四线 电压不对称 的、负载不平衡 的线性系统的分解 ２具体应用 与定义更合理 ； 对于三相三线 电压不对称 的、负载 不平 衡的非 （ １ ）对称分量法在计算系 统谐波潮 流中的应 用。在 电力系 线性系统可 以先按照有功功率潮流 方 向将系 统分 拆为 ２ 个线性 统中， 由于大量非线性负荷 的出现 导致 电网中引入了大量的谐 系统 ，再应用对称分量法分解 ，即可得 到最多的 电量参数 。 波 ，其对整个 电网都产生 了不 良影 响和严重危害 。因此 ，了解 ３ 结 语 谐波在 电网中的传播情况 ，计 算电力系统的谐波潮流 ，确定 电 对称分量法可 以将一组 不对称 的三相相量分解为正序 、负 网各处 出现 的谐波 电压、电流 、 功率具有非 常重要 的现实意义。 序和零序三相对称 的三相量 ； 可 以根据故障点 的位置及故 障类 传 统的求解 方法大都是基于 ａ ｂ ｅ 三相 坐标系 ，但是应用该方法 型的边 界条件 ，联立方程解 出故障 点处各序分量 电压和 电流之 下的潮 流算法缺点非常突 出，例如 ： 虽然三相系 统的 电力元件 间的关系，然后用于故障计算等 。运用对称分量法 分析不对称 模 型概 念清 晰，但是元件参数往往难 以获得 ；由于三相之 间不 三相系统具有一定的优越性 ，可 以大大提高 复杂 电路系统的分 解 耦、潮流方程求解 困难所导致 的结合各种 算法 所编制的潮流 析和计算速度 ，并能够保证其结果 的准确性 。因此，对称分量 程 序 内存需求较大 ，收敛 比较 困难 ，等等 。为了能够 大大降低 法在未来将得到更多 的发展与应用 。 计算程序的 内存量 ， 使得求解的效率和精度都得到大大 的提 高， 参考文献 依据对称分量法 的理论 ，可 以运 用三个 独立的序系统来表示三 【 １ 】 熊信银，张步涵 ． 电力系统工程基础 【 Ｍ】 ． 武汉 ： 华中科技 相系 统。这样潮 流计算 就从三相 坐标 下的求解 一个 ３ ｎ维 方程 大学 出版社 ，２ ０ ０ ３ ． 组变成 三序坐标下 的求解 ３ 个 ｎ维方程 组 ，即对 系统的分析计 【 ２ 】 王猛 ． 电力系统谐波、负序过程仿真及应用 【 Ｄ 】 ． 成都 ： 西 算得到 了简化。 由此可 以采用 一种 新型的基波 ． 谐波部分解耦 南交通 大学，２ ０ ０ ３ ． 的谐波潮流 算法 ：首先，建立不对称负荷 、不对称线路在对称 ［ ３ 】 吴竟昌， 孙树勤 ． 电力系统谐波 ［ Ｍ】 ． 北京： 水利电力出版社， ９ ８ ８ ． 分量坐 标下 的解耦 ． 补偿模型 ，实现三序 分量的解耦计算 ，从 】
STATCOM用于电弧炉无功补偿的研究
电力技术的发展使得 电网规模不断扩大 ， 更多感性、非线 ！ ！ 性、 不对称及冲击性负荷的投入 ， 产生的大量谐波与无功功率， 也恶化 了电网的电能质量 。电弧炉做为现代炼钢 的重要设备， 以其技术上的高效性和经济上的优越性， 在炼钢工业中所 占比 重越来越大 。 同时电弧炉也是电力系统中对 电能质量影响比较 ！ ’ 严重的负荷， 尤其近年来电弧炉的容量逐渐增大， 电能质量的 对 影响也愈发明显， 包括 引起电网电压闪变与波动、 电网电压波 使 图 ２ Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 的 结构 图 ＴＴ ０ 形产生畸变、 使电网电压三相不平衡、 功率因数低等诸多方面。 ３ Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 的 应 用 ＴＴ Ｏ 电弧 炉 的 电能质 量 问题不 仅严 重 影 响 电网 的经济 可 靠运 行 ， 还 ３ １应 用 现 状 ． 影响到 自身的效率， 因此有必要采取合适的无功补偿方案， 电 对 早在 ２ ０世纪 ８ 年代就 已提 出采用电力电子半导体变流器 ０ 弧炉 的不 利 影 响进 行 有效 抑 制 ， 其 有更 好 的应 用前 景 。 使 实现无功补偿的思想 。日本在 １８ ９０年研 制出第一 台 ２Ｍｖｒ ０ ａ ２ 无 功 补 偿 措 施 ＳＡ Ｃ Ｍ； Ｔ Ｔ Ｏ 随后， 日本和美国在 １９ 年和 １９ 年分别研制成功 ９１ ９４ ２ １静 止 无 功 补 偿 装 置（ ＶＣ ． Ｓ ） ８Ｍｖｒ １０ ａ 的采用 Ｇ Ｏ晶闸管的Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 装置， ０ ａ和 ０Ｍｖｒ Ｔ ＴＴ Ｏ 并成 （） １晶闸管投切 电容器（ Ｓ ） Ｔ Ｃ 功地投入商业运行；德 国西门子公司的单机容量 为 ８ ｍ 的 Ｍｖ ＂ 利用 晶闸管作为无触点开关 ，快速平稳地投入或切除补 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 装置于 １９ 年投运 ；我 国也分别在 １９ ＴＴ Ｏ ９８ ９９年 ３月和 偿 电容器 。 Ｓ Ｔ Ｃ本身不产生谐波， 对系统无干扰 ， 且响应快速 ， ２０ 年 ２ ０１ 月成功投， ： Ｍｖｒ ＋ ０ Ｋ ａ的Ｓ Ａ Ｃ ￣ ２ ａ和－ ０ ｖｒ Ｔ Ｔ ＯＭ装置［ 。 Ｊ０ － ５ ５ ］ 损耗小， 可实现无功 的动态补偿， 有效改善母线 的电压水平。 目前 Ｓ Ａ Ｃ Ｔ Ｔ ＯＭ 已在不少国家的实际系统中运行。 ，大 多 但 Ｔ Ｃ的补偿 电容器容值固定， Ｓ 只能有级投切 ， 无功 的补偿是 数是应用在变电站进行无功功率的集 中补偿 ， 将其应用在电弧 阶 跃 的 ， 电容 器 开 断 具 有 残 压 ， 电网 电 压 的 闪变 不 能 起 到 且 对 炉的无功补偿方面却很少。虽然国外 已经将 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 用于 ＴＴ Ｏ 很好的抑制作用。 钢铁企业的供电系统， 电网污染进行综合治理 ， 对 但国内针对 电 （） 闸 管控 制 电抗 器 （Ｃ ） ２晶 Ｔ Ｒ 弧 炉的 电能质 量 问题 ， 旧采用 以Ｔ Ｒ为主 的静 止无 功补 偿器 。 依 Ｃ 用晶闸管控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节， 用 ３２应 用前 景 ． 固定的并联电容器组能使调节范围扩大到容性区。Ｔ Ｒ具有反 Ｃ Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 做 为 Ｆ Ｔ 中的 重 要 装 置 ， 与 Ｓ Ｃ 相 比 ， ＴＴ Ｏ ＡＣ Ｓ Ｖ 应时间快、 运行可靠、 无级补偿、 能平衡有功、 价格便宜等优点， Ｃ ＴＲ Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 性能更优越， ＴＴ Ｏ 具有调节速度更快、 运行范 围更宽、 吸 还能实现分相控制， 有较好的抑制不对称负荷的能力， 另外 Ｔ Ｒ Ｃ 收无功连续、 损耗低、 所用 电抗器和 电容 器容量及安装面积大 还能 较好 的控制 电弧炉 负荷 产生 的闪烁 ， 因而成 为 目前 国内外在 为降低等优点， 并且采用多重化、 多电平或脉宽调制（ ｗＭ） Ｐ 技 电弧 炉上应 用最 广泛 的一种 静止无 功补偿 装置 。但 是 Ｔ Ｒ 装置 Ｃ 术 等措 施 后 可 大 大 减 少补 偿 电流 中 谐波 的含 量 。文 献 ［】以 ７ 结构和 运行 维护稍 显复 杂 ， 设计 时要预 留一定 的过载 能力 。 并且 １Ｅ ４节 点算 例 的连 续 潮 流 计 算 和 仿 真 分 析 指 出在 减 小 电 Ｅ Ｅ１ 压波动与维持系统电压稳定性方面 ， Ｔ Ｔ ＯＭ 比 Ｓ ＳＡ Ｃ ＶＣ的效 果更为明显；文献 【］ ８ 通过计算表明相 同额定容量 的 Ｓ Ｃ与 Ｖ Ｓ Ａ Ｃ Ｍ在系统 电压因故障骤然 降低时 ，Ｔ Ｔ Ｏ 能提 供 ＴＴ Ｏ ＳＡ Ｃ Ｍ 更多的无功功率来支撑系统电压， 提高系统的暂态稳 定。 以上不难看 出 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 在电弧炉 的无功补偿上 同Ｓ Ｃ ＴＴ Ｏ Ｖ 图 ｌ Ｓ ＶＣ 的基 本 结 构 相 比具有很强的技术优势，对 电弧炉不利影响的抑制能起 到 ２２静止 同步补偿 器（ Ｃ Ｍ） ． ｓ Ｏ 更好 的效果。文献【】 ９以某钢厂一个 实际炼钢 电弧炉的供电系 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ是基于瞬时无功功率的概念和补偿原理， ＴＴ Ｏ 采用 统为背景研究分析 了 Ｓ Ａ Ｃ Ｔ Ｔ ＯＭ用于 电弧炉负载端进行就 地 全 控 型 开 关 器 件 组 成 自换 相逆 变 器 ，辅 之 以小容 量 储 能 元 件 补 偿 的可 行 性与 方 法 ，并 通 过 仿真 验 证 表 明 了 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 无 ＴＴ Ｏ 构 成 的无 功 补 偿 装 置 ， 献 【】 出 了用 Ｇ Ｏ 实 现 的 Ｓ Ａ ． 功补 偿 的 良好效 果 。继 续 研 究 Ｓ Ａ Ｃ 文 ４给 Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ ＯＭ 在 电弧 炉 无 功 补 偿 Ｃ Ｍ 的基本 原理 。 Ｔ Ｔ ＯＭ 作为一种基于大功率 电子器件 的应用和方法具有深刻的实际意义 。 Ｏ ＳＡ Ｃ 的新型无功补偿装置，并联在母线上可看作一个 电压大小可 ４ Ｔ Ｃ Ｓ Ｓ ＋ Ｃ ＯＭ 的无功补偿方式 调 的 受 控 电压 源 ， 能快 速 连 续 地 提 供 容性 和 感 性 无 功功 率 ， 提 对于电弧炉 的用 电特 性， 特别是大容量电弧 炉， 采用大容 高供 电系统功率因数， 能克服三相不平衡 ， 有效地抑制 电压闪 量 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 能取得较好 的补偿效果， ＴＴ Ｏ 但也大大调高 了成本。 Ｓ Ｔ Ｔ ＯＭ 的优缺点， 将两者结合起 来共 同 变和 电压波动， 能有效 的维持连接点的电压为给定值 ， 提高系 结合 以上 Ｔ Ｃ与 Ｓ Ａ Ｃ
SVG链式无功补偿装置在电弧炉现场的应用
技术与应用-电子电力99技术与应用-交流传动98The Application of SVG Chain Reactive Power Compensation Device in the Electric Arc Furnace SiteSVG链式无功补偿装置在电弧炉现场的应用文/ 新风光电子科技股份有限公司 裴宝峰 任其广 苏刘军摘要 ：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- C12.5/35），在广东某钢铁厂补偿电弧炉负载的应用情况。
高压动态无功补偿发生装置的现场应用情况表明，动态无功补偿发生装置对于电弧炉现场具有很好的补偿效果。
１ 引言国家相关部门在2016年12月初印发了《关于坚决遏制钢铁煤炭违规新增产能，打击“地条钢”，建设生产经营秩序的通知》。
所谓地条钢，指的是以废钢铁为原料、经过感应炉等熔化、不能有效地进行成分和质量控制而生产的钢材。
这种钢材主要为建筑用钢，被认为存在着严重的质量隐患，熔炼这种钢材的设备主要是中频炉。
广东某钢铁厂主要生产钢筋盘卷，是一家聚炼钢- 轧钢一条龙作业的钢铁生产企业。
2017年年初为了提高炼钢质量进行了中转电改造，拆掉中频炉，安装电弧炉。
电弧炉投运后，引起35kV 电网电压波动，闪变值严重超标，直接导致附近的水力发电站无法正常生产。
电弧炉的系统结构比较简单，但是对电网电压影响严重。
电弧炉熔化期炉料尚未熔化，电弧不稳定，经常出现断弧、重燃，有时会在电极间形成短路。
在熔化初期，电流波形不规律，谐波含量大，主要是低次谐波，严重时谐波电流含有率超过20%。
在熔化初期，三相不平衡电流含有较大的负序分量，当一相熄弧、另外两相短路时，电流的基波负序比重最大。
电弧炉最重要的影响不是谐波问题，而是电压波动和闪变。
电压波动、闪变对电网及其它用电设备的安全运行产生严重的影响。
２ 电弧炉现场用电特点及补偿需求２．１ 现场配电系统一次图广东某钢铁厂现场配电系统一次图，如图1所示。
试论电弧炉无功负荷补偿设计
２１由于以前未对各施工单位录入数据进行审核， ． 造成各项技 经指标不正常， ０４ ９ 从２０ 年 月份开始与计经人员将未审核的均——
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内 古电 学 蒙 大 刊
２７ ０ 年第３ （ 第９期） ０ 期总 １
试论 电弧炉无功负荷补偿设计
邢 振 华 王佳 树 米 海 霞
（ 乌海电力勘测设计院， 内蒙古 乌海 ０ ６０ ） １００ ［ 摘 要］ 通过对电 弧炉负 荷无功特性的分析， 总结了 近年来对电 弧炉用户 无功补偿装置的设 探讨了几 计， 种常用的补
一
５ — ２
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冯 兰 王 东 欲 向
及时向信息室咨 询录入时存在的问题。故在此提出要求， 后的 在以
使用过程中要及时上报操作困难， 以便海电信息室及时处理。
２技经方面。 ．
学 研 术 究
报告等 ， ＭＩ 给 Ｓ的完整性造成一定的影响， 早将其录入至 ＭＩ 及 Ｓ系 统中， 以利于结算之需 ； ２ 对台账完整性作一次全面的检查与整改， ． 包括开工以来的台 账部分；
衡负荷 ， 在其生产过程中， 将消耗大量的有功、 无功功率， 并产生谐 波， 电压闪变和负序污染， 造成地区电网电压不稳定， 对电力系统的
安全稳定运行构成威胁。
需增加 １０１Ｋ 力变压器 １ 将电容补偿装置通过开关设备 ／０ Ｖ电 １ 台，
与变压器低压侧相连， 变压器高压侧通过 ｌＯ Ｖ配电装置与母线连 ｌＫ
２４ 升压补偿 ．
率因数很难达到 ０８ ．５以上， 绝大多数处在 ０７ ０ ８ 之问， ． — ．５ 较低的 功率因数使电弧炉变压器的效率大大下降。
在电弧炉变压器短刚侧接 １ 台变压器， 变压器低压侧电压与短网 电压相一致， 高压侧电压： ０ Ｖ 将 １Ｋ 勾１Ｋ ， ０ Ｖ成套电容补偿装置通过开 关设备与变压器高压侧相连。这种补偿方式实际是将二次侧短网电
基于瞬时对称分量法的电网无功补偿方法
基于瞬时对称分量法的电网无功补偿方法车学哲;沈凤龙;王建辉;朴贤国【摘要】针对电网无功补偿需测量相角,无法实现实时补偿的问题,提出一种实时求取系统无功功率的方法,它将瞬时无功理论和对称分量法相结合,利用实时序分量功率实现系统无功补偿,并将其应用在有电弧炉的配电网系统中.MATLAB仿真表明:该方法可以实现三相不平衡系统的无功功率补偿且没有时间延迟,从而保证了无功功率的稳定,解决了无功功率波动引起的电压波动问题.%To solve the problem that the phase angle needs measurement for the reactive power compensation and the real-time compensation cannot be achieved,a real-time calculation method for the reactive power is proposed. Through combining the instantaneous reactive power theory with the symmetrical components,the reactive power compensation is achieved by using the real-time sequence component, which is applied in the distribution power system with electric arc funace. MATLAB simulation results show that the proposed method of reactive power compensation can be achieved without the delay, which ensures the stability of reactive power and solves the voltage fluctuations induced by the reactive power fluctuation.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2012(024)002【总页数】6页(P107-112)【关键词】瞬时对称分量法;瞬时无功功率;动态无功补偿;静止无功补偿器【作者】车学哲;沈凤龙;王建辉;朴贤国【作者单位】东北大学信息科学与工程学院,沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TM924.4;TM711近年来，随着冶金工厂中电弧炉容量的不断增加，电弧炉炼钢对电网的干扰愈发严重。
无功补偿对提高电石炉工作效率的应用
无功补偿对提高电石炉工作效率的应用摘要：近些年来，随着国家经济的发展，电石行业逐渐成为不可替代的化工原料行业，为化工生产提供了原料保障。
但在电石行业的发展中，也会存在着一些问题，阻碍着工作效率的提升。
由于该行业的生产应用到较多的能源，随着现阶段国家政策的出台及扶持，相应的无功补偿装置被应用在电石炉的生产环节中，有助于提高工作效率，降低能源消耗量，减少对环境的破坏。
文章主要就无功补偿对提高电石炉工作效率的应用进行了分析。
关键词：无功补偿；电石炉工作效率；技术应用1.无功补偿装置在电石炉工作中的应用原理一般来说，在电网中，其输出功率有两种类型，分为有功功率和无功功率。
有功功率是指相关设备在通电之后，能够利用电能的消耗做功，进而将电能转化为动能、热能以及声能等形式，也就是利用电能进行能量的转化。
无功功率是指在设备的应用期间，没有电能的损耗，可以直接进行能量的转换，这对于电石炉的工作效率具有极大的提升，是当前电石行业中电石炉工作的基础。
无功补偿的主要原理为在同一电路中将感性与容性功率负荷的两种装置进行并联，从而实现不同装置之间负荷的相互转换。
在这一模式下，装置中的感性符合能够通过容性负荷的无功功率进行补偿，这便是无功补偿装置。
无功补偿装置的应用有助于提高电网中有功功率的占比，从而降低供电设施的容量以及发电量，达到减少无功消耗、降低运行成本的目的。
在实际的电石炉装置中，使用无功补偿装置需要在最接近负载的位置转换能量，进行无功补偿，并通过无功功率的补偿，进一步扩大系统的容量，促进电石炉工作效率的提升。
这样一来，电石炉装置的运行对于变压器带来的负载与压力能够得到缓解，减少了电路中能源的消耗量，也有助于保证电石行业工作环境的安全性，最大程度上减少设备发生故障的概率，这对于降低设备的维护成本、提高企业的经济效益具有重要的意义。
三相电路里无功功率消耗：ΔQL=3I2XL/1000，电压损耗ΔU=(IR cosφ+IXL sinφ)/1000，电容器无功输出容量：Q=2πfCU2，上式中：Q为补偿容量，电容器的功率(var)；XL为感抗；f为系统频率，50Hz/60Hz；C为电容器容量(μF)；U表示电容器额定电压(kV)。
电弧炉动态无功补偿装置的研制及应用
２ Ｓ ｅｙ ｎ ａｔ ｇ ｎ ｏｇ ｇＩｄ ｓ ｙＣ ．Ｌｄ， ｈ ｎ ａｇ１０ ４ ， ｉ ｎｎ ， ｈｎ ） ．ｈ ｎ ａｇＣ ｓｎ ｄ ｒｉ ｕｔ ｏ， ｔ．Ｓ ｅｙ ｎ １ １２ Ｌａ ｉｇＣ ｉａ ｉ ａ Ｆ ｎ ｎ ｒ ｏ Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｅｅ ｔｉ ｒ ｒ ａ ｅｉ ｈｇ －ｎ ｒ ｙｃ ｎ ｕ ｐｉｎ ｓ ｅｔ ｇ ｅ ｕｐ ｎ ｅｃ ｓ ｅ ｌｎ ｕ ｔｙ ｓｒ ｃ ： ｈ ｌｃｒｃａｃｆ ｎ ｃ ｉｈ ｅ ｅｇ ｏ ｓｍ ｔ ｍ ｌ ｎ ｑ ｉｍｅ ｔｎ ｔ ａ ｔ ｔｅ ｄ ｓｒ ． ｕ ｓ ｏ ｉ ｉ ｈ ｓ ｉ
器 型静止无功补偿装置 。由于单独 的Ｔ Ｒ Ｃ 只能 吸收感性
Ｉ 变 器 —－ 波 一 网 流 — Ｉ 滤—卜 电 —Ｉ 一 ＋ 一
廿
谐波器 滤 波器 电网
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谐波 器 电 流 ，
滤 波 器
电 网
图 １ Ｔ Ｒ＋ Ｃ Ｓ 主 回路 接 线 图 Ｃ Ｆ 型 ＶＣ
开发 辅 助装 置提 高 电效 以 降低钢 液熔 炼耗 能 ，同时 消 除 对 电 网 电 能 质 量 的 影 响 成 为 可 能 。 作 者 基 于
Ｔ Ｒ Ｆ 型Ｓ 动态无 功补偿及 滤波装 置 ，设计 制作 了 Ｃ ＋ Ｃ ＶＣ
０５ ０ ５ ． ． ，远低 于 电业 标准规定 的工业 企业功率 因数大 ～７ 于０９ 的要 求 。此 外 ，谐 波 和无 功 功率 还对 电 网或 相 ．２ 关 设备 产 生严 重 的影响 和危 害 ，工 业供 电对 这两个 重
ｄ ｖ ｃ ｔ ｉ ｅ ｉｅ ｏ ｍｐｒ ｖ ｈｅ ｅ ｃ ｅ ｙ ｏｆ ｅｅ ｔｉ ｉ ｏ ｅ ｔ ｆ ｉｎｃ ｌ ｃｒｃ ｔ ｅ ｕｃ ｔ ｅ ｌ ｃｒｃ ａ ｃ ｆ ｒ ａ ｅ ｅ ｒ ｏ ｕｍｐ ｉ ｎ．Ｔｈ ｉ ｙ，ｒ ｄ ｅ ｈ ｅｅ ｔｉ ｒ ｕ ｎ ｃ ｎｅ ｇ ｃ ｎｓ ｙ ｔｏ ｅ ｑｕ ｌｔ ｗｅ ｅ ｗｏｒ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｔｓ ｍｅ ｔｍ ｅ ｒ ｍａ ｋ ｂ ｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｂｔｉ ｅ ｎ ｆｅｄ ｏ ｎ ｒ ａ ｉ ｏｆｐｏ ｒｎ ｔ ｙ ｋ ｗｅ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ａ ｉ ， ｅ ｒ ａ ｌ ｅ ｕｌｓｗｅ ｅ ｏ ａｎ ｄ ｉ ｌ ｆｅ ｅ ｇ ｉ ｙ ｓ ｖ ｎｇａ ｄ ｃ ｎｓ ａ ｉ ｎ ｏ ｕｍｐ ｉ ｎ ｒ ｄｕ ｔｏ ｔｏ ｅ ｃ ｉ ｎ．
基于电压同步对称分量法的SVC在电弧炉中的应用
a
因此信号 uβ 可以作为 TCR 触发信号的同步信号 . α - β 坐 标系中的电压矢量如图 3 所示 . 设 ua+ = U cos ωt， 则 θe = ωt， 又因为 d-q 转换矩阵为：
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
图 3 α - β 坐标系中的电压矢量
Fig．3 Voltage vector in α - β coordinate
軃
軃
ω b q 軃 i q 觶 I 1 θ1 軃 i d θe d
（11 ）
觶 = I sin θ = -2 i 軃 /3. Im I a+ q 1 1 ） 与 i（ ） 交换后用上述同 样 的 方 法 可 以 求出 把 i（ b t c t 觶 和 Re I 觶 ， Im I （1 ） 的计算就可以得到三相补偿 aa- 再通过式 导纳值 Byab ， Bybc ， Byca . 从图 4 的电流矢量关系可以看出， 同步对称分量法是 通过 3/2 坐标变换， 首先得到正序电压同步信号的相位和 角速度， 然后再以电压的相位和角速度为基准， 把三相电 流信号转换到正序电压同步旋转坐标系下， 进而可以很方 便地得到电流正序分量的虚部和负序分量的实部和虚部 .
DOI:10.13537/j.issn.1004-3918.2011.10.001
第 29 卷 第 10 期 2011 年 10 月 文章编号： 1004-3918 （2011 ） 10-1221-06
河 南 科 学 HENAN SCIENCE
Vol.29 No.10 Oct. 2011
基于电压同步对称分量法的 SVC 在电弧炉中的应用
根据对称分量法[2-3]可求得：
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
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（ ｏｅｅｏ ｌ ｔｃｌ ｎ ｆｒ ａｉ ｎ ｉｅｒ ｇ ａ ｚｏ ｎｖｒｔ ｏ ｃｎ ｌ ｙ Ｌ ｎｈｕ７ ０ ５ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌｇ Ｅｅ ｒａ ｄＩ ｏｍ ｔ ｎＥ ｇｎｅｎ ，Ｌ ｎｈｕＵ ｉ ｓｙ ｆＴ ｈ ｏ ｇ ， ａｚｏ ３ ０ ０ ｈｎ ） ｌ ｆ ｃｉ ａ ｎ ｏ ｉ ｅ ｉ ｅ ｏ
ｌ ＝￣Ｉｏ ｅ一Ｉｏ 一 （）＋ ＋ ） ｃ ｇｍ＋ ａ ｍ一 Ｉ
式 中： ， ， 为三相补偿导纳值 ， 为相电压
的正序 有效 值 ，ｍ ＋、 ｅ 一 Ｉ 一 Ｉ Ｒ 和 ｍ 分别 为线 电
： 了— √
＋ Ｕ ＋ ：ａ 雪 ＋
公 认 的 解 决 上 述 问 题 的 方 法 是 采 用 国
Ｓ Ｃ装 置 。 Ｖ
针对江苏某钢厂出现的电能质量问题 ， 采用了
新 型 Ｔ Ｒ＋Ｆ Ｃ Ｃ的 Ｓ Ｃ装 置 ， 出 １ Ｖ静 止 无 功 Ｖ 提 ０ｋ
偿方案作了较详细地推导， 并给 出了计算补偿导纳
的实 际方法 ， 这些 方 法 大 多建 立 在 不考 虑 系 统 电 但 压、 电流畸 变 的理想 状 况 下 。该 文 采用 一 种 基 于 同
图 ２ 基于电压同步对称分量法的补偿 导纳算法框 图
—． ．．．．．．．．．Ｌ ．． ．．．．．．。 ．． ．． ． ． ． ． ．
电抗器吸收的无 功功率 、 Ｆ Ｑ 为 ｃ滤波器提供 的容 性无功功率 、 Ｑ 为负载所需的无功功率 （ 当母线 电 压稳定 时 ， 可视 为恒定 的无 功功 率 ） 。可得 出 ：
１
＝ 一
／ Ｉ 。 ｅ ｍ 。） ］ ｍ ＋一 （ ， 一十Ｉ 一
ａ＋ 一
含有 正 序谐波 分 量 和 基波 分 量 。 因此 ， 将 三 相 电 再
一
１（ｍ ｌ Ｉ
３
压 信 号 转 换 到 两 相 静 止 坐 标 中 ， 到 ＋、 得
２ ｒ ａ Ｉ ｌ ａ
～
）
Ｒ＋
＿ 为： ４
和 Ｂ为谐波 成分 。 由式 （ ） 到 面＋、 ＋ ， ３得 。后 再经过截止频率设为 ５ ｚ ５Ｈ 的低通滤波器， 就可以 将 Ａ和 Ｂ滤 除 ， 而 得 到 只含 有 正 序基 波 分 量 的 进
轴分量 ｕ ＋ 和卢轴分量 ｕ ＋ 则正序电压 ｕ ＋ 。， 和相角 分别如式 （ ） 式（ ） ４ 、 ５ 所示 ：
Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ａ ｙ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｓ ｍｍｅ ｒｃ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｔ ｏ ｔｉ ｏ ｏ ｅ ｔｍｅｈ ｄ，ｔｅ ｕ ｉｉ ｏ ｅ ｓ ｔｒａ ｍｉ ａ ｃ ａ ｅ ｎ ｖ ｌ ｇ ｙ ｈ ｔｌ ｙ ｃ ｍｐ ｎ ａｏ ｄ ｔ ｎ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏｔ ｅ ｓ ｎ— ｔ ｔ ａ
速度。
为减 小 电弧 炉给 电网带 来 的 危 害 ， 用 电力 电 采 子装 置就 近吞 吐无 功和 吸收谐 波源所 产生 的谐 波 电
流， 是提 高 功率 因数 和 抑 制 谐 波 污 染 的 有 效 措 施 。
对 电 网造 成高 次谐 波 、 电压 闪变 、 电压 波动 、 相 电 三 压 及 电流不平 衡 、 率 因数低 等不利影 响 ， 功 导致 电能 质量 低 于 国家标 准 的规定 指标 ¨ 。 Ｊ 文献 ［ ４ 等 已从 理 论 上对 Ｓ Ｃ的平 衡 化 补 ２— ］ Ｖ
Ｑ ＋Ｑ ＝Ｑ ＋Ｑ ｃ ，
为 了求 出 Ｉ ＋、ｍ，一 Ｒ 首先 要从 三 ｍ Ｉ 和 ｅ， 一，
＋ ＋ ｝
０
６
Ｃ
相 不平 衡 的 电压 “ “ 。、 和 “ 中提 取 出 电压 的正序 。
分 量 ， 如式 （ ） ２ 所示 ：
］● ● ● ● ● ● ● ● Ｊ
：
了 Ｌ。 一 “一
一 一
一
一
【 “一ｃ ， ｃ “， 一ａ
了Ｌ 一 一
一 一
一
一
无功功率 Ｑ ， 使之与负载无功功率 Ｑ 数值相等、 ， 方 向相反 ， 最终使得电网的功率因数保持在设定值 ， 电压几 乎不 波动 ， 而达到无 功补 偿 的 目的 ， 从 以抑 制
自动化 ， 智能检测与控制 。
１ Ｓ Ｃ基本工作原理 Ｖ
Ｔ Ｒ＋Ｆ 型 Ｓ Ｃ主 要 由三 部 分 构 成 ： Ｃ Ｃ Ｃ Ｖ ＴＲ
２１ ０ ２年第 １ 期
工业仪表与 自动化装置
・８ ９・
晶闸管控 制 电抗器 、 Ｃ滤波 器和控 制 保护 系统 。 系 Ｆ
衡补 偿 实 用 算 法 ， 以较 方 便 地 直 接 准 确 地 求 出 可
收 稿 日期 ：０ １—０ ２１ ９—１ ６
补偿装置 （Ｖ ） Ｓ Ｃ 技术方案 ， 通过 Ｃ Ｐ仿真软件仿真 Ｈ 分析 ， 此方案有效地抑制了电网的闪变和谐波 ， 改善
了电网 的电能质 量 ， 补 偿性 能 良好 。 并且
作者简介 ： 余亚冰（ ９ ６ ， ， １７ ） 女 讲师 ， 究方 向为工业 生产过 程 研
・
８ ８・
工业 仪表 与 自动化装置
２１ ０ ２年第 １ 期
基 于 同步对 称 分 量 法 的无 功补 偿 装 置 在 电弧 炉 中的应 用
余亚冰 ， 于 波， 王进花
（ 兰州理 工大 学 电气工程 与信 息工程 学 院 ， 州 ７０ ５ ） 兰 ３００ 摘 要 ： 对 江 苏某钢 厂 交流 电弧 炉运 行 时给 电网 中其他 用户带 来的 电能质 量 问题 ， 出了一 套 针 提 新型 的 Ｔ Ｒ＋ Ｃ型静止 无功补 偿 装置 （Ｖ ） 术 方案 。根 据 对称 分 量 法推 导 出 了基 于电压 同步 Ｃ Ｆ ＳＣ 技 对称 分 量 法的 三相 不平 衡 Ｓ Ｃ无 功 补偿 导纳 实用 算 法。通 过 仿 真软 件 Ｃ Ｐ对 该 系统 进 行 了仿 Ｖ Ｈ
Ｉ ｍ ＋ 、Ｉ ｍ
一
统组 成原 理 如 图 １所示 。
、
Ｒｅ
一
和 。基 于 电压 同步对称 分
量法 的三 相不 平衡 补偿算 法框 图如 图 ２所示 。
图 ｌ 单 相 Ｔ Ｒ＋Ｆ Ｃ Ｃ型 Ｓ Ｃ组 成 及 原 理 图 Ｖ
Ｓ Ｃ基本 原理 简述 如下 ： Ｖ
设 Ｑ为 电网提供 的无 功 功率 、 为 Ｔ Ｒ相 控 Ｑ彻 Ｃ
Ａｂｓｒ ｔ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｕ ｌ ｙ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ｗｈ ｎ ＡＣ —ＥＡＦ ｉ ｐ ｒ ｔｏ ｆａ ｓｅ ｌｃ ｍｐ ｎ ｔａｃ ： ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｒｑ ａ ｉ ｒ ｂ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｅ ａｉｎ ｏ ｔｅ ｏ ａ ｙ
・
９ ０・
工业 仪表与 自动化装置
２１ ０ ２年第 １期
“＋＝√ ａ／ 。 ６ｌ ３ ｌ＋ ￣
（） ４
采 用低通 滤 波器 （ Ｆ） 交 流 分 量 滤 除后 ， 而得 将 进 到 ｄ轴 、 ｑ轴直 流分 量为 ：
Ｊｓ ＝ ａ √２＋口 。 Ｕ／ Ｍ “ 。ｅ ＋ ２ ＋ ＋
负载 波动所 造成 的 系统 电压 波 动和 闪变 。
了ｃ 一 。 扣ｕ 一， “ 一 一
扣 一 等一 一，
一
（ 。 。 ）一（ 。） Ｍ＋＋ ＋ Ｕ＋＋ ＋
一 一
２ 基于 同步 对称 分量 法 的三 相不 平衡 补偿
，一
，
实用算法
（） ２
虽 然 。 ＋＋豇＋中所 有负序 分量 被滤 除 ， 是还 但
ｓ ｆｗａ ｅ ＣＨＰ ｉ ｌｔｎ ｈｅ ｓ ｓｅ ｏｔ ｒ ｓｍｕ ａｉ ｇ ｔ ｙ ｔ ｍ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓｉｄｉａｅ ｔ ａ ｈ ＶＣ ｄｅ ｉ ｅ ｃ ｎ ｍａ ａ ｅ ｔ ｗｅ ｕａｉ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ Ｓ ｖｃ ａ ｎ ｇ ｈｅｐｏ ｒｑ ｌ－ ｔ ｒ ｂ ｅ ａ ｓ ｄ ｂ ｔｔｃ ｖ ｔｃ ｍｐ ｎ ａ ｏ ｆｅ ｔｖ ｌ ｙ ｐ ｏ ｌｍｓｃ ｕ ｅ ｙ ｓａｉ ａ ｏ ｅ ｓ ｔｒｅｆ ｃｉｅ ｙ，ａ ｄ ｈ ｓａ ｇ ｏ ｏ ｎ ａ ｏ ｄ ｃ ｍｐｅ ｓ ｔｏ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｎ ａｉ ｎ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ．Ａｎ ｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｇ ｏ ｎ ｉ ｅ ｎ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｅｆｃ ． ｔ ａ ｏ ｄ ｅ ｇｎｅ ｒ ｇ ａ ｐ ｉ ｔｏ ｆｅ ｔ ｉ ｃ Ｋｅ ｒ ｓ： ｙ ｗｏ ｄ ＡＣ —ＥＡＦ； ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｙ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｓ ｍｍｅｒｃ ｃ ｍｐｏ ｅ ｔｍｅｈ ｄ； ｔｉ ｏ ｎ ｎ ｔ ｏ ＳＶＣ； ｏ ｒ ｑ ａｉｙ ｐ ｗｅ ｕ ｌｔ
ｉ ａ ｇｕ Ａ ｓｔ ｆ ｅ Ｃ ｎＪ ｎ ｓ． ｅ ｏ ｗ Ｔ Ｒ＋Ｆ ｉ ｎ Ｃ—ｔ ｅｓ ｔ ａ ｃｍ ｅ ｓｔ Ｓ Ｃ）ｔｃｎ ｌ ｙｐｏ ｃ ｉ ｐｏ ｏｅ ． ｙ ｔ ｉ ｖｒ ｏ ｐ ｎａ ｒ（ Ｖ ｐ ａｃ ｏ ｅｈ ｏｏ ｒｊ ｔ ｓ ｒｐ ｓｄ ｇ ｅ
＋：＋ ＋
流的正序分量的虚部 、 负序分量的实部和虚部 。 如果可以直接求出 Ｉ ｄ Ｒ 一 Ｉ 一以 ｍ， ＋、 ｅ 和 ｍ Ｌ 及相电压的正序有效值 ， 那么就可 以很容易地求 出所需补偿的三相导纳值 Ｂ ， ， 。 Ｂ Ｂ
采用 一种 基于 电压 同步对 称分 量法 的三相 不平
０ 引 言
在 电力 系统 中 ， 电的质量 指标 、 供 电网运行 的安 全 可靠性 和经 济 性是 最 根 本 的 问题 。近年 来 ， 随着 冶 金工业 的飞速发 展 ， 量 具有 冲击 性 负荷 的 电弧 大
炉、 轧钢 机等 不断投 人 电网 ， 电弧炉 在正 常生产 时会
步坐标的 Ｓ Ｃ平衡化补偿方案 ， Ｖ 能够有效地消除三 相电压不平衡和谐波 的影响， 并且具有较快的响应
真， 结果表明该 Ｓ Ｃ装置能够有效治理 由电孤炉引起的电能质量问题 ， Ｖ 并且补偿性能良好， 具有较