SVG無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在港口供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李保華

摘 要：近年來，我國(guó)配電建設(shè)取得了很大的發(fā)展，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗問題越來越嚴(yán)重。而無功補(bǔ)償裝置作為改善網(wǎng)損的重要措施，能夠提高系統(tǒng)功率因數(shù)、降低線損、改善電能質(zhì)量。本文重點(diǎn)介紹了SVG無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置及其在港口10kV配電系統(tǒng)的應(yīng)用，希望對(duì)港口配電系統(tǒng)有所幫助。

關(guān)鍵詞：港口配電 無功自動(dòng)補(bǔ)償 應(yīng)用

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對(duì)外貿(mào)易的不斷增長(zhǎng)，港口的貨運(yùn)吞吐量成倍增長(zhǎng)。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高貨運(yùn)能力，很多港口近年來啟用了很多大型的裝卸設(shè)備來提高運(yùn)輸效率。由于港口內(nèi)用電設(shè)備的特殊性，所需功率大，這對(duì)港口10kV配電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置造成損害，同時(shí)也將降低供電質(zhì)量，減少港口電氣設(shè)備的使用壽命，這些問題都需要通過設(shè)計(jì)合理的無功自動(dòng)補(bǔ)償方案來得到解決。本文通過分析港口配電系統(tǒng)的特點(diǎn)及問題，提出在10kV配電系統(tǒng)中使用SVG無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，希望對(duì)港口配電系統(tǒng)的良好發(fā)展起到作用。

1.無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置

1. 1無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的概念

提到無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，要從無功功率說起。電網(wǎng)向外輸出的功率包括有功功率和無功功率，有功功率通過把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能，利用轉(zhuǎn)化完的能做功；而無功功率則不需要轉(zhuǎn)化完的能直接做功，而是用轉(zhuǎn)化完的能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。從含義上可以看出，無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置能夠提高供電網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量，降低供電網(wǎng)絡(luò)的損耗，改善供電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因此，要在供電網(wǎng)絡(luò)中選擇適合的自動(dòng)補(bǔ)償裝置，才能減少電網(wǎng)損耗，提高供電質(zhì)量，使供電網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行。

1.2無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的種類

無功補(bǔ)償方式包括采用真空開關(guān)投切電容器組（MSC）、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）以及靜止無功發(fā)生器（SVG）成套裝置。由于當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的局限性，電容器投切方式仍然占據(jù)了市場(chǎng)的主要部分，尤其是在港口配電所的自動(dòng)補(bǔ)償選用上。

2.SVG的運(yùn)行原理

2. 1SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行原理

在供電網(wǎng)絡(luò)的日常應(yīng)用中，由于供電網(wǎng)絡(luò)的特殊性，在消耗電力的過程中，電能除了一部分被轉(zhuǎn)化成其它能做功，還有相當(dāng)一部分電能在不做功的情況下被消耗掉，這種狀況的發(fā)生會(huì)在很大程度上降低配電網(wǎng)系統(tǒng)中無功功率容量和供電電能功率因素值。為了解決上述問題，就需要在供電網(wǎng)絡(luò)中加入無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，來對(duì)因?yàn)椴蛔龉Χ鴵p耗的電能功率進(jìn)行補(bǔ)償。SVG無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，是能夠?qū)╇娋W(wǎng)絡(luò)中的無功進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)償、將諧波電流也當(dāng)成無功電流進(jìn)行治理的自動(dòng)補(bǔ)償裝置。SVG無功發(fā)生器的基本工作原理是將自換相橋式變流電路經(jīng)電抗或直接并聯(lián)到配電網(wǎng)系統(tǒng)中，通過內(nèi)部智能控制單元運(yùn)行分析獲得無功補(bǔ)償策略，自動(dòng)自適應(yīng)的調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或直接控制SVG裝置交流側(cè)電流，就可以使該變流電路吸收或者發(fā)出滿足配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)要求的無功容量，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)無功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和諧波治理作用。

2.2SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)

SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置是通過改變變流器中的電流大小來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)?，是?dāng)前最先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置。首先，由于其直接參與供電網(wǎng)絡(luò)中電流的控制，動(dòng)態(tài)的對(duì)無功電能進(jìn)行補(bǔ)償，因此具有運(yùn)行范圍光的特點(diǎn)。其次，SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置采用的是瞬時(shí)功率算法，能在5ms準(zhǔn)確的對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)中的無功負(fù)荷判斷反應(yīng)，響應(yīng)的時(shí)間快。此外，作為如今最先進(jìn)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置，SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置并沒有使用大量電容器或電抗器，使得供電網(wǎng)絡(luò)中的受影響因素減少，從而大大減少了電網(wǎng)運(yùn)行中的諧波量，提高了提高電能功率，使供電設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)能夠更加平穩(wěn)的運(yùn)行。

3.港口供電系統(tǒng)特點(diǎn)

3. 1港口設(shè)備用電特點(diǎn)

當(dāng)前港口建設(shè)發(fā)展較快，港口供電系統(tǒng)面臨的壓力也比以前要大很多。大型電動(dòng)裝卸機(jī)械都不是連續(xù)用電設(shè)備，是短時(shí)間的用電設(shè)備，因此常常處于供電負(fù)荷不穩(wěn)定的狀態(tài)。在很大程度上降低了供電質(zhì)量和功率因數(shù)，這就要求自動(dòng)補(bǔ)償裝置能夠快速應(yīng)對(duì)這種負(fù)荷大，變化快的狀況，才能提高供電網(wǎng)絡(luò)的供電效率。港口裝載設(shè)備是典型的非線性負(fù)荷，向系統(tǒng)注入了大量諧波，引起電網(wǎng)電壓和電流波形畸變、導(dǎo)致變壓器發(fā)熱、增加電路損耗、影響通訊設(shè)備等異常。

3.2港口其他設(shè)備用電特點(diǎn)

在港口供電網(wǎng)絡(luò)的日常運(yùn)行過程中，還有一部分用電設(shè)備處于連續(xù)使用的狀態(tài)，如港口上的運(yùn)輸設(shè)備如皮帶運(yùn)輸機(jī)、油碼頭輸油泵，照明設(shè)備如高壓鈉燈、白熾燈等。這些連續(xù)用電的設(shè)備，其供電負(fù)荷都比較平穩(wěn)，對(duì)供電剛落的要求相對(duì)較小。但由于港口工作的特殊性，在夜間工作時(shí)港口上的照明設(shè)備都處于是集中供電的狀態(tài)，此時(shí)很容易出現(xiàn)用電負(fù)荷的高峰，造成供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。

4.SVG在港口配電所的應(yīng)用

港口的配電網(wǎng)絡(luò)中，有大量大功率用電設(shè)備運(yùn)行，這些設(shè)備不僅消耗大量有功功率，還會(huì)帶來大量沖擊性電荷，這種沖擊性的無功電荷會(huì)使港口配電網(wǎng)絡(luò)損耗嚴(yán)重，供電功率降低。因此，港口要采取適合的無功補(bǔ)償裝置來保證供電質(zhì)量和效率。通過采用SVG動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，一方面，能有效地對(duì)諧波進(jìn)行治理，使供電網(wǎng)路安全平穩(wěn)運(yùn)行；另一方面，能夠及時(shí)根據(jù)港口負(fù)荷的變化進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償從而避免了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置存在的弊端和不足，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償供電功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，從而加強(qiáng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。

4.1SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置在諧波治理上的作用

在港口供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程中，大規(guī)模的大容量用電設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量諧波，這些諧波會(huì)給供電網(wǎng)絡(luò)造成很多麻煩。一方面，大量的諧波通過附加熱損耗，會(huì)對(duì)電力組件如變壓器、電纜等造成損害；另一方面，諧波會(huì)造成電力網(wǎng)絡(luò)污染，使供電系統(tǒng)的部分功能出現(xiàn)異常，還會(huì)對(duì)通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，這些問題都在很大程度上影響著功能供電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置作為最先進(jìn)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置，本身并不是大功率設(shè)備，其工具原理是通過內(nèi)部智能控制單元，分析電路中電流的大小和相位，通過分析調(diào)控，使供電網(wǎng)絡(luò)中的電流負(fù)荷滿足供電需求。在這個(gè)過程中，SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置能夠?qū)㈦娏W(wǎng)絡(luò)中的諧波也當(dāng)做無功電流進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的諧波治理。SVG無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，在對(duì)諧波進(jìn)行治理的過程中，并不需要再額外增加配件，就能實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)的無功自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)于是港口供電系統(tǒng)來說無疑是最佳解決方案。

4.2SVG自動(dòng)補(bǔ)償裝置在裝卸設(shè)備上的應(yīng)用

對(duì)于工作狀態(tài)復(fù)雜的裝卸機(jī)械，無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)應(yīng)以其可能出現(xiàn)的最大無功需求作為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娜萘繀⒖?，而?dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置應(yīng)分組投切。在單臺(tái)門機(jī)就地補(bǔ)償?shù)那闆r下，每組最大補(bǔ)償容量不應(yīng)大于單臺(tái)門機(jī)單個(gè)機(jī)構(gòu)的無功需求，防止過補(bǔ)。當(dāng)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量減少每組補(bǔ)償?shù)娜萘?，以使補(bǔ)償后功率因數(shù)平緩變動(dòng)。以往港口裝卸機(jī)械不設(shè)補(bǔ)償裝置，需要在變電所對(duì)裝卸機(jī)械進(jìn)行集中補(bǔ)償。但是，由于裝卸機(jī)械的工作特性，裝卸機(jī)械的電機(jī)處于頻繁的啟停轉(zhuǎn)換過程，電機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間處于功率因數(shù)較低的工作狀態(tài)，導(dǎo)致裝卸機(jī)械整體功率因數(shù)較低，這就需要在變電所設(shè)置較大容量的集中補(bǔ)償。由于存在大量的無功功率，使得變電所至裝卸機(jī)械的工作電流變大，增加了線路損耗。

5.結(jié)束語

隨著對(duì)外經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)港口的吞吐能力提出了更高的要求。港口的日常活動(dòng)在很大程度上需要港口配電系統(tǒng)提供電能，因此，港口配電所要選擇科學(xué)的無功自動(dòng)補(bǔ)償方案，實(shí)現(xiàn)港口配電的優(yōu)化，從而提高沒法點(diǎn)的質(zhì)量和總量，降低配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗，延長(zhǎng)供電設(shè)備的使用壽命。本文通過對(duì)現(xiàn)有的幾種無功自動(dòng)補(bǔ)償方案進(jìn)行比較分析，第三代的補(bǔ)償技術(shù)SVG將越來越多地應(yīng)用在港口工程中。因此，港口供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段須充分考慮供電系統(tǒng)安全可靠性和設(shè)備對(duì)運(yùn)行環(huán)境條件的適應(yīng)性等，綜合考慮港口裝卸設(shè)備的用電特性。

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