在调功器控制的电加热系统中静止无功补偿器(SVC)的应用

在调功器控制的电加热系统中静止无功补偿器 (SVC)的应用

覃家星 刘士杰

柳州钢铁股份有限公司棒线型材厂 广西柳州 545002

摘要：随着电力电子技术不断发展，电加热系统逐步走向大功率、高频化。静止无功补偿器中电抗器和电容器都是产生无功功率的重要部分，以系统需求为依据，调节电容性无功或者电感性无功。固定电容器和晶闸管控制电抗器(FC+TCR)是较为普遍的静止无功补偿装置，在电力系统中使用较多。静止无功补偿装置可以通过调整TCR中晶闸管的触发延迟角度来解决连续调节补偿装置的无功功率问题。基于此，本文主要探讨了在调功器控制的电加热系统中静止无功补偿器的应用，可供参阅。

关键词：调功器控制；电加热系统；静止无功补偿器

1调功器控制的电加热系统设计

1.1硬件设计

1.1.1静止无功补偿器设计

SVC是一种能够实现对有功功率或无功功率进行快速调节、保持电网电压的良好水平以及提升电力系统暂态稳定性的重要设备。SVC包括可控电感和电容支路两部分，电感电容支路类型可分为饱和电抗器、晶闸管控制电抗器等几种。常用SVC的性能比较如表1。

表1

经过比较性能，选用FC-TCR型静止无功补偿器。具体设备参数如表2。

表2

在FC-TCR型SVC中，所有TCR支路由统一的晶闸管阀和分裂电抗器串联控制。为保证晶闸管阀的额定电压为10kV，将数个晶闸管串联起来，同时兼顾晶闸管电压承受能力。当两个晶闸管的正负半周交替导通时，可有效控制交流电流的开启和关闭。在电压各正或负的半周中，当电压处于峰值与零点之间时，可以有效触发晶闸管，使晶闸管在正向电压的作用下得以导通，电抗器开始运行。当投入时间相位发生变化时，电抗器的电流有效值也会有所变化，因此多以此方法控制电抗器，借此改变吸收的无功功率，确保电加热系统的母线电压始终保持在允许范围内。由于连续调节性以及响应速度快的特点，导致SVC可以对无功功率进行动态补偿，确保补偿点电压近似保持不变。

1.1.2晶闸管交流调功器

作为半导体交流功率控制器中的一种，晶闸管交流调功器以晶闸管作为开关元件，是一种可以快速、精准地控制开关时间的无触点式开关，也是一种具有高精度的自动控温系统的终端控制设备。本系统中选用变周期晶闸管交流调功器，主要参数如表3。

表3

晶闸管交流调功器与PID温度调节仪或计算机、温度传感器和电加热器组成闭环电加热系统，温度精度可达±0.5%~1%。晶闸管按通电间隔是否连续，分为周期式和变周期式。本次研究选用变周期式晶闸管交流调功器，因为其输出的正弦波是均匀分布的，其重复周期以最小正弦波间隔安排。晶闸管交流调功器采用过零触发电路和周期数控制方法，输出具有正弦波形的可调电压和电流，保证负载从电源汲取的功率平均值为连续平滑或衰减。可以确保在相位控制过程中因角度缺失的正弦造成射频干扰，损失晶闸管触发时的瞬态浪涌电流。

1.2软件设计

将加热温度自检程序进行模块化划分，主要包括:被加热负载检测模块、中断模块和故障处理模块。被加热负载检测模块是最重要的运行程序，通过静止无功补偿器进行无功功率调节。不同的负载将导致感应负载器具有不同的等效电感和等效电阻，影响通过的电流和电压值。被加热负载检测模块运行时通过比较参考电压值，判断是否有被加热负载的存在，进而确定是否进行加热或关闭系统。如果发生系统电压波动过大导致功率不稳定的情况，在完成电加热系统的数据采集以及功率输出等工作后，运行中断程序及时关机以保护功率开关和电容器等不被过大的电流损坏。故障处理模块主要在电加热系统出现故障时通过LED显示屏进行故障显示，以便进行电加热系统的维修调试。

2对比实验

2.1实验设计

仿真软件为MATLAB，选取无功网损灵敏度静态电压稳定指标，分别计算每个系统节点的无功网损灵敏度指标。按照从大到小的顺序进行排列，找出系统电压关键节点，将实验次数设为60次。

2.2实验结果分析

论证电加热系统电压稳定指标节点对比图如图1。

图1

由图1可知，实验组的电压稳定指标节点远高于对照组。说明与对照组相比，使用静止无功补偿器的电加热系统在运行时电压更稳定。因此可以分析出静止无功补偿器能够通过快速调节开关控制系统电压，降低系统功率。

3结语

总之，传统电加热系统控温效果不理想，设备损耗过大。通过研究在调功器控制的电加热系统中使用静止无功补偿器，可以有效解决系统运行的不稳定问题，实时调整加热温度，同时也为今后智能化加热系统的发展提供参考。

参考文献

[1]卢晶，茆华风，傅鹏，等.静止无功补偿器和发射器在电弧炉动态无功补偿系统中的应用[J].强激光与粒子束，2019，31(5).

[2]孙斌，林成，康鹏，等.模块化三电平静止无功补偿器的新

型有源阻尼控制研究[J].电力电容器与无功补偿，2019，40(1).

[3]聂永辉，张春雷，高磊，等.基于改进鸡群算法的静止无功补偿器模型参数辨识方法[J].电网技术，2019，43(2).

[4]马永翔，孙荔伟，闫群民，等.基于双馈风力发电系统的无功补偿优化研究[J].电力电容器与无功补偿，2019，40(4).