AXSVG無(wú)功補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

    隨著大量非線性電力負(fù)荷諧波源在電力系統(tǒng)中的使用，不僅惡化了配電網(wǎng)供電電能質(zhì)量，同時(shí)還降低了配電網(wǎng)供電可靠性。文章在分析了SVG無(wú)功發(fā)生器的工作原理和功能作用后，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)SVG在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

　　大功率電力電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，除了要消耗大量有功功率外，還需要吸收大量的沖擊性無(wú)功功率，這樣就會(huì)引起配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生低功率因數(shù)、電壓波動(dòng)與閃變、諧波、以及三相不平衡等問(wèn)題，不僅使配電網(wǎng)供電電能質(zhì)量逐步惡化，同時(shí)諧波還會(huì)引起配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)發(fā)生“拒動(dòng)”、“誤動(dòng)”等不利情況發(fā)生，降低配電網(wǎng)供電可靠性。在存在大量諧波分量的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理是非常必要中。因此,將基于柔***流輸電技術(shù)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(AXSVG)應(yīng)用到配電網(wǎng)中，進(jìn)行電力系統(tǒng)無(wú)功功率的補(bǔ)償和諧波治理，對(duì)提高配電網(wǎng)供電電能質(zhì)量和供電可靠性，就顯得非常有無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理實(shí)踐應(yīng)用研究意義。

　　1、AXSVG無(wú)功發(fā)生器的工作原理

　　交流電能在通過(guò)實(shí)際電力負(fù)荷消耗過(guò)程中，由于電力負(fù)荷不可能是純?nèi)菪曰蚣兏行栽?，這樣就會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，有相當(dāng)一部分電能在不做功的情況下被消耗掉，進(jìn)而使配電網(wǎng)系統(tǒng)中無(wú)功功率容量不斷降低，供電電能功率因素值降低。因此，需要對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)中的電能功率因素進(jìn)行補(bǔ)償，這便是靜止無(wú)功發(fā)生器（Static Var Compensator,SVG）需要完成的無(wú)功補(bǔ)償任務(wù)。SVG無(wú)功發(fā)生器是配電網(wǎng)中滿足無(wú)功快速準(zhǔn)確可靠補(bǔ)償、減少諧波電流的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理裝置。SVG無(wú)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(guò)內(nèi)部智能控制單元運(yùn)行分析獲得無(wú)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（電壓型無(wú)功補(bǔ)償裝置），或直接控制SVG裝置交流側(cè)電流（電流型無(wú)功補(bǔ)償裝置），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(wú)功容量，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和諧波治理作用。

　　2、AXSVG在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.1 工程概況

　　某11OkV電力系統(tǒng)中A變電站主要為該區(qū)域冶煉企業(yè)提供電能，工業(yè)負(fù)荷約占65%。因?yàn)楣I(yè)負(fù)荷較大，其晝夜負(fù)荷波動(dòng)較大，據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，該區(qū)域最大電力負(fù)荷約12.8萬(wàn)kw（為夜間低谷時(shí)間，由于工業(yè)企業(yè)普遍采取低谷時(shí)段低費(fèi)率用電模式），而在白晝時(shí)段其最小負(fù)荷僅為6.9萬(wàn)kw，峰谷差5.9萬(wàn)kW。另外，由于該區(qū)域工業(yè)負(fù)荷中非線性負(fù)荷容量較大，諧波注入到配電網(wǎng)中導(dǎo)致嚴(yán)重污染，曾多次發(fā)生10kV線路I母和II母?jìng)?cè)發(fā)生補(bǔ)償電容器燒毀、以及配電網(wǎng)繼電保護(hù)“誤動(dòng)”、“誤動(dòng)”等事故，嚴(yán)重影響到供電電能質(zhì)量水平和供電可靠性。110kV變電站10kV側(cè)線路在夜間集中用電時(shí)段，其母線電壓畸變率高達(dá)6.7%，超出標(biāo)稱電壓10kV配電網(wǎng)的國(guó)家規(guī)定的4%限值標(biāo)準(zhǔn)，且諧波電流分量也達(dá)到基波電流的7.5%，10kV配電網(wǎng)線損相當(dāng)高。在110kV主變壓器處于50%負(fù)載率工況下，10kV側(cè)配電網(wǎng)中5次、7次、11次諧波電流嚴(yán)重超標(biāo)，其中7次諧波電流超標(biāo)約2倍，所需補(bǔ)償總諧波電流為27.05A。

　　2.2 AXSVG補(bǔ)償容量計(jì)算

　　考慮預(yù)留20%的富裕量，即需補(bǔ)償32A總諧波電流，因此I母和II母兩段10kV母線側(cè)進(jìn)行諧波治理需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量為：

　　SVG無(wú)功發(fā)生裝置在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，裝置僅提供恒無(wú)功和負(fù)荷補(bǔ)償兩種運(yùn)行方式。如果采取恒無(wú)功運(yùn)行方式，則10kV配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行時(shí)所需設(shè)定的無(wú)功值不應(yīng)超出SVG裝置能夠提供的額定容量值，即無(wú)功容量為負(fù)的裝置額定容量至正的裝置額定容量間進(jìn)行無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償;在負(fù)荷動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式下，用戶可以根據(jù)需求側(cè)電力負(fù)荷實(shí)際情況選擇SVG自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償配置及保護(hù)項(xiàng)，以充分利用SVG裝置容量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制策略有效改善10kV配電網(wǎng)的供電電能質(zhì)量。另外，在計(jì)算SVG裝置無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)，不僅要考慮10kV配電網(wǎng)基波無(wú)功補(bǔ)償容量，同時(shí)還要考慮在容量范圍內(nèi)補(bǔ)償配電網(wǎng)中存在的諧波分量，對(duì)配電網(wǎng)諧波進(jìn)行有效治理，有效提高供電電能質(zhì)量水平。根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，知I母和II母需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量分別為3.6MVA和3.9MVA。因此，I母和II母分別選用的SVG無(wú)功發(fā)生器裝置計(jì)算所需容量為：3.6+0.57/2=3.85MVA，取SVG無(wú)功發(fā)生器補(bǔ)償容量為±4 Mvar，同理II母SVG無(wú)功發(fā)生裝置的補(bǔ)償容量也取為±4Mvar。

　　2.3 應(yīng)用效果分析

　　在該110kV變電站10kV側(cè)I母和II母上分別配置±4Mvar的SVG無(wú)功發(fā)生器裝置，經(jīng)調(diào)試投運(yùn)后，10kV側(cè)I母和II母的母線電壓畸變率、諧波電流均處于合格范圍內(nèi)，其中電壓畸變率由補(bǔ)償前的6.7%有效降到2.8%，能夠滿足10kV公用電網(wǎng)諧波電壓限值4%的要求，補(bǔ)償效果十分明顯。

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　SVG無(wú)功發(fā)生器能從配電網(wǎng)中吸收或輸送連續(xù)可調(diào)的無(wú)功功率，從而有效提高配電網(wǎng)的無(wú)功容量的平衡能力，穩(wěn)定了供電電壓水平，降低了配電網(wǎng)線損，提高了電力系統(tǒng)供電電能質(zhì)量水平和供電可靠性。隨著以電力電子元器件為核心的大功率電氣設(shè)備在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的使用，SVG無(wú)功發(fā)生器良好的無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和諧波治理功能，必將在電力系統(tǒng)中的得到廣泛的推廣應(yīng)用。