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超高功率电弧炉对电网的干扰及防护(3)

3.1SVC装置
  近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置,已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿上,它可使所需无功功率作随机调整,从而保持在电弧炉等冲击性负荷连接点的系统水平的恒定。
  Qi=QD+QL-QC   
  式中;Qi——系统公共连接点的无功功率,kvar;

QD——负荷所需的无功功率,kvar;

QL——可调(可控)电抗器吸收的无功功率,kvar;

QC——电容器补偿装置发出的无功功率,kvar。
  当负荷产生冲击无功ΔQD时,将引起
  ΔQi=ΔQD+ΔQL-ΔQC    
  式中ΔQC=0,欲保持Qi不变,即ΔQi=0,则ΔQD=-ΔQL,即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整,此时电压水平能保持恒定不变。
  SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成,主要有四种型式:
  3.1.1可控硅阀控制空芯电抗器型(TCR型),它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节,它具有反应时间快(5~20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广、价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制,有较好的抑制不对称负荷的能力,因而在电弧炉系统中采用最广泛,但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术,对维护人员要专门培训提高维护水平。
  3.1.2可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型),优点与TCR型差不多,但高阻抗变压器制造复杂,谐波分量也略大一些。由于有油,要求一级放火,只宜布置在一层平面或户外,容量在30Mvar以上时价格较贵,而不能得到广泛采用。
  3.1.3可控硅开关控制电容器型(TSC型),分相调节、直接补偿,装置本身不产生谐波,损耗小,但是它是有级调节,综合价格比较高。
  3.1.4自饱和电抗器型(SSR型),维护较简单、运行可靠、过载能力强、响应速度快,降低闪变效果好,但其噪声大、原材料消耗大,补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流,无平衡有功负荷能力。
3.2无源滤波装置
  该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用。由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既满足无功补偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。
  国际上用于大型炼钢电弧炉的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频带与三阶宽频带高通滤波器等。
  3.2.1单调谐滤波器;一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单,缺点是电能损耗比较大,但随着品质因数的提高而减少,同时又随谐波次数的减少而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,因此,基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波损耗可减少20%~50%,属节能型,滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其他次选用二阶单调谐滤波器。
  3.2.2高通(宽频带)滤波器;一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,通过参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波形成低阻抗通路。
  用于大型电炉的滤波器组合最基本的有两类:一是用3~5组单调谐滤波器组成,二是由2~4组单调谐滤波器和一组二阶宽频带滤波器组成。第一类组合对高次谐波滤波效果要差一些,但电能损耗低些;第二类组合对高次数滤波效果好,分工也明确,设计也简单容易些。两者组合各有优缺点,总的发展趋势是在滤波效果好的前提下减少组数,以节省占地和投资,又要尽可能优化组合以节省电能损耗。

3.3有源滤波器

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段广泛用于配电网中,但由于滤波特性受系统参数影响大,只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波会产生放大作用,甚至谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(APF)。
  APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比,有以下特点:
  3.3.1不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理;
  3.3.2滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;
    3.3.3具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点。
  APF作为改善供电质量的一项关键技术,在日本、美国、德国等工业发达国家已得到高度重视和日益广泛的应用,因为它有着无源滤波器所不具备的技术优势。但目前要想在配电网中完全取代无源滤波器还不太现实。因为APF的成本现阶段仍然较高,随着电力电子工业的发展,器件的性价比将不断提高,APF必然会得到更广泛应用。

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