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摘要：本文通过4688美高梅登录中心一拖二高压变频软起及无功赔偿一体化妆置在自然气液化（LNG）生产企业的现实应用情形，先容了该装置的原理和事情性能，剖析了该装置的优点和现实意义。该装置具有变频驱动电机无扰投切至工频以及无功赔偿（SVG）两种事情模式，可以凭证用户需要无邪切换，并且具备一键启动功效，操作利便，尤其适用于现场同时需要高压变频软启动和无功赔偿的场合，具有优异的应用远景。
要害词：高压变频软起 无功赔偿 SVG 自然气液化 压缩机
1. 企业概述及生产工艺流程简介
1.1 企业情形概述
宁夏新珂源能源使用有限公司建设于2013年4月，厂址位于盐池县高沙窝工业集中区，总占地面积163420平方米，修建面积20856平方米，主要谋划自然气净化、液化加工。
图1 宁夏新珂源能源使用有限公司
公司一期建设年产22.8万吨液化自然气（LNG）项目，具有得天独厚的优势，一是原质料充裕。长庆油田苏里格气田勘探储量1.6万亿立方米，开采面积4万平方公里。长庆油田苏里格气田自然气产量谜底大奥20亿立方米。二是政府帮助力度较大。2013年1月19日，盐池县人民政府与长庆油田苏里格气田签署了《自然气就地转化框架协议》，长庆油田苏里格气田自然气勘探开发实验就地转化使用，包管外地企业生产用气，对所用宇量给予足额包管供应。
公司现在的年产22.8万吨LNG，项目生产的最终产品为液化自然气（LNG），是经由物理加工等处置惩罚的液态产品，该产品具有清洁环保、高效节能、使用清静、便于贮存及运输等特点。该项目产品可普遍应用于都会燃气调峰、工业加工质料、造船业、车船燃料等多个领域，对盐池自然气资源的使用和生长是须要和起劲的，对地方经济生长有着十分主要的意义。
1.2 现场生产工艺流程简介
自然气液化是一个低温历程，质料气经预处置惩罚后，进入换热器举行低温冷冻循环，冷却至-162℃左右就会液化。现在天下上已成熟的自然气液化工艺有：节约制冷循环、膨胀机制冷循环、阶式制冷循环、混淆冷剂制冷循环、带预冷的混淆制冷循环等工艺。宁夏新珂源能源使用有限公司使用的工艺为混淆冷剂制冷液化工艺，工艺流程如下图所示:
图2 混淆制冷剂制冷液化流程
此装置接纳两级疏散三级节约的单-混淆冷剂制冷流程� ；煜浼烈夯鞒蹋∕RC）是以C1至C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混淆制冷剂为工质，组分为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷，使用混淆物各组分差别沸点，部分冷凝的特点，举行逐级的冷凝、蒸发、节约膨胀获得差别温度水平的制冷量，以抵达逐步冷却和液化自然气的目的。其中甲烷接纳经净化后的质料自然气增补，氮气通过液氮汽化或变压吸附制取，仅乙烯、丙烷和异戊烷需要外购，接纳MDEA脱除二氧化碳等酸性气体，脱除彻底，且无再生气消耗。
2. 冷剂压缩机装备简介
压缩机是混淆制冷循环液化流程中必不可少的装备，他在流程中最主要的作用是压缩制冷剂，爆发制冷量，为后续流程中各节约阀降压降温做准备。本文中所述的为冷剂压缩机，压缩机和电机的参数如下：
电机参数 | 负载参数 | ||||
电机型号 | YZYKS710-2G | 负载类型 | 压缩机 | ||
电机功率 | [kW] | 7750 | 负载型号 | STC-SV(08-6-B) | |
额定电压 | [V] | 10000 | 额定功率 | [kW] | 5988 |
额定电流 | [A] | 521.5 | 额定转速 | [rpm] | 12145 |
额定转速 | [rpm] | 2984 | 额定流量 | m?/h | 22263 |
功率因数 | 0.89 | 压力 | Bar g | 42 | |
生产厂家 | 卧龙电气南阳防爆集团 | 生产厂家 | SIEMENS（西门子） | ||
表1 电机及负载参数
在混淆冷剂制冷工艺中，冷剂压缩机是最焦点的装备之一，用于加工大循环量冷剂，装备密封性要求高，通常接纳离心式电机驱动压缩机，与往复式压缩机较量，离心式压缩机在密封性方面的优势显着，且一律条件下离心式压缩机体积小、运行稳固、易损件少，因此一样平常可以不必备机。
3. 变频软起+无功赔偿装置先容
图3 4688美高梅登录中心高压变频软起及无功赔偿一体化妆置外观
该现场接纳4688美高梅登录中心一台VFPS-100-7000装置，兼具高压变频软起和静止无功爆发器的功效（Static Var Generator，SVG），来实现一拖二电机软起动及无功赔偿功效，该装置的一次系统图如下所示：
图4 一次系统图
此装置包括进线开关QF3、主回路预充柜、变频及电能质量综合装置VSV、输出电抗器L1、工频运行断路器QF1和QF2、无功赔偿QF4以及电流电压采样回路。
需要作为高压变频软起装置驱动电机时，在选择启动M1或者M2电机后，装置内部自动切换为变频软起模式相对应的参数，将变频器进线开关QF3合上后，经由限流组件，充电完成后，自动合MQF1，合对应电机的输出切换开关QF5或者QF6后，装置停当后自动启动运行，自行加速至50Hz，检测电网频率、电压幅值、相位具备并网条件后，解锁QF5和QF1，或者解锁QF6与QF2之间的互锁关系，闭合QF1或QF2，电机不掉电无扰投切至工频，切换乐成后，系统自动脱离QF5和QF3或者QF6和QF3，电机工频带载运行。
需要举行电能质量治理，作为无功赔偿装置投入电网时，选择SVG模式，此时装置内部自动切换为SVG模式对应的参数，合上进线开关QF3后，经限流组件预充电，充电完成后，自动合MQF1，待装备停当后，自动合并网开关QF4，装置启动并运行赔偿线路无功，凭证给定功率因数自动实时调解变频器输出。
3.1 变频软起事情原理
高压变频软起装置接纳交-直-交型电压源型逆变器，主电路接纳功率单位串联手艺解决器件耐压问题，级间SPWM信号移相后叠加，提高了输出电压谐波性能、降低输出电压的dv/dt（电压转变率），通过电流多重化手艺提高输入侧谐波性能，减小对电网的谐波污染，通过多样的算法，可以为差别类型的负载提供优异的启动性能。
功率单位串联式高压变频软启动装置由旁路切换开关柜、移相变压器、功率单位柜、控制柜和电抗器等部分组成。三相高压电源经高压开关柜进入，经移相变压器降压、移相给功率单位柜内的功率单位供电，每相的功率单位输出首尾相串联，由控制柜的主控制器通过光纤控制每一功率单位举行整流、逆变控制与检测。在变频软起模式下启动后，变频器的输出频率从0Hz逐步升至50Hz，输出电压从0V最先逐渐升高至电网电压，此时，主控制器启动锁相功效，使其输出电压逐步与输入电网电压同相位、同幅值、同频率后，自动切换至工频运行。
装置可以实现电念头的一键全自动软启动，以启动M1电机为例，全自动软起动的流程如下图（图3）所示：
图5 电机软启动流程
变频器的锁相功效，即通过检测工频电网电压频率、相位、幅值，使变频器的输出电压跟踪电网电压使两者的频率、幅值、相位坚持一致。只有变频器锁相乐成后，才华将电念头由变频运行切换至工频运行，不然将泛起类似发电机非同期合闸时的大电流攻击，这种情形不但会导致切换失败，并且还会造成装备损坏，� ；缤寰驳妊现氐男Ч�。在锁相乐成后，控制工频切换开关QF2或者QF3闭合，变频软启动器和电网同时给电念头供电，然后变频软起动器阻止输出，断开变频输入输出断路器，完成电机的软启动。
3.2 SVG事情原理
在SVG事情模式事情时，通过控制桥式逆变电路中所有开关器件的通断时间温顺序，将功率单位整流桥逆变后的直流侧电容电压转换为和交流侧所接电网同频率的交流电压，相当于一个电压型逆变器(Voltage Source Inverter, VSI)。忽略输出电压中包括的谐波分量，其基波分量可等效成一个幅值和相位都可控的交流电压源，与电网通过毗连电抗器相连，此时电网相关于VSI可以看成此电压源的负载� ？刂聘谋淦浣涣鞑嗟氖涑龅缪够虻缌�，就改变了与电网侧的无功功率交流，从而抵达赔偿负载无功的目的。
思量到毗连电抗器及逆变器自身的消耗，SVG 的等效电路如图4所示，其中电网电压为US，SVG输出电压为UI，电抗器X和等效电阻R上的电压和为 UL。因等效电阻的保存，使US与UI间保存相位差δ，即变流器需要从电网中吸收有功效量以赔偿消耗，包管直流侧电容电压维持在一定水平。通过对 UI和δ的调理，可实现对UL的控制。由于电抗器流过的电流和其两头电压的关系，电抗器的电流I的相位和巨细也爆发改变，这也是SVG输出的电流。上述控制可实现对 SVG 与电网交流的无功功率的调理：当 UI大于 US时，输出电流超前电压90°，SVG 吸收容性的无功功率 ；当 UI小于US时，输出电流滞后电压90°，SVG 吸收感性的无功功率。需要指出的是，由于消耗的保存，SVG输出电压UI与电流I的相位差要比90°小一个细小的角度δ，而非严酷的90°。
图6 SVG等效电路及事情原理
需要赔偿无功时，输出电压的基波频率是和二次侧母线电网电压频率一致的，通过调理输出电压基波的幅值和相位，实现无功功率输出，无功功率可以是感性或容性，凭证要实现的目的功率因数和电流电压传感器的检测值一起决议。
装置可以实现一键全自动启动，只需要设置好功率因数目的值，由控制面板或者DCS给定SVG并网启动信号，装置会自动启动运行至设定目的功率因数，赔偿母线无功，SVG一键启动流程如下图（图3）所示：
图7 SVG一键启动流程
4.装置的事情性能
4.1 高压变频软起事情性能
锁相功效确保了变频器输出电压与工频电网电压的主参数一致性，完善解决了电念头变频运行切换工频运行时可能爆发电流攻击的问题。该装置将电念头由变频器拖动切换至工频电网拖动历程中，电念头的电流波形和电网电压及变频器输出电压波形如图6所示：
图6 变频切工频的电流电压波形
注：蓝色（通道3）——变频器输出电流 ；
红色（通道4）——工频输入电压 ；
黄色（通道1）——变频器输出电压
可以看出，该装置作为高压变频软起装备启动冷剂压缩机电机时，在由变频拖动切换至工频拖动历程中，输出电压可以完全追随电网电压使两者频率、幅值、相位均坚持一致，险些没有攻击电流爆发，不但降低了电机启动时的发热问题，减小了大电流对电机寿命的影响，还解决了超大功率电机在启动时对电网的攻击问题。
4.2 SVG事情性能
宁夏新珂源能源使用有限公司在投入压缩机装备后，尤其在冷剂压缩机投入运行后，厂内电网功率因数下降严重，一样平常会低于0.65，不知足国家电网关于用电企业的审核要求，在投入该装置后，选择SVG模式，功率因数设置为0.9以上，装备可在很短时间内将功率因数赔偿至目的值，并且赔偿准确，能够凭证母线功率因数举行自动调解输出，下图为SVG模式下装备运行界面。
图7 SVG模式运行设置界面
5.装置的优点和应用意义
该装置具有以下优点：
(1)电网侧谐波小，输入功率因数高。装置内部移相变压器接纳延边三角形接法，包管系统事情在20%以上负载时电网侧功率因数坚持在0.96以上。
(2)输出谐波小，无转矩脉动和附加发热。接纳多重化正弦脉宽SPWM调制手艺，输出电压dv/dt小、失真度低，电流谐波含量少，不会损伤通俗电机绝缘，阻止电念头特殊发热。
(3)降低电机启动电流，启动历程无攻击。提供多条起动曲线，起动时间由运行职员设定，可包管电念头清静运行并延伸其使用寿命，软起动历程对电网不会爆发攻击电流。同时大大降低了电念头及其负载的机械磨损，节约了维护用度。
(4)可靠性高，维护利便。接纳大功率的IGBT功率� ？�。IGBT� ？榈那牍鞅 ；そ幽勺ㄓ玫缏�，具有很高的可靠性。功率单位组件具有交流性，若泛起故障，可在几分钟内用简朴工具举行替换维修。
(5)赔偿性能强，能够动态快速一连调理无功输出，可以超前赔偿或者滞后赔偿，最大限度知足功率因数赔偿要求。
(6)响应时间短，响应时间不大于10ms，关于快速暂态历程，有着主要的响应速率优势。
作为变频软起和SVG一体化妆置，兼具软启动和无功赔偿功效，可以取得一石二鸟的效果，不需要单独增设SVG等电能质量治理装置，节约了本钱和装置空间，且便于维护，延伸了电机等装备的使用寿命，提高了变频软起装备的使用率，具有极高的经济效益。
6. 结语
希望4688美高梅登录中心变频软起及无功赔偿一体化妆置使用1套电力电子变流装置分时实现了变频驱动电机和电能质量治理2种功效，使其知足大功率电机变频软起动与无功赔偿的双重需求。不但解决了大功率电念头启动时电流大、对电网和电机攻击大的问题，并且还可以通过无功赔偿模式提高厂内供电系统功率因数、抑制电压波动抵达节能降耗和改善电能质量的效果，具有优异的应用远景，值得鼎力大举推广。
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