基于SVG電能質(zhì)量綜合控制研究

覃日升,李敬賓,魏承志

(1.云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217；2.云南電網(wǎng)公司迪慶供電局,云南 迪慶 674400)

基于SVG電能質(zhì)量綜合控制研究

覃日升1,李敬賓2,魏承志1

(1.云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217；2.云南電網(wǎng)公司迪慶供電局,云南 迪慶 674400)

針對諧波、閃變、負(fù)序等綜合治理問題,提出一種SVG綜合控制策略,實現(xiàn)了星型接線的SVG同時用于諧波電流、電壓閃變及負(fù)序電流的綜合治理,并將該方法成功應(yīng)用于典型變電站和云南智能微網(wǎng)示范工程電能質(zhì)量綜合治理。

諧波；負(fù)序；SVG

1 前言

某110 kV變電站接入沖擊性非線性用戶,給電能質(zhì)量造成了嚴(yán)重的影響,主要表現(xiàn)為3、5、7次諧波電流嚴(yán)重超標(biāo),電壓波動較大,已嚴(yán)重危及到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行。需要采用經(jīng)濟、合理的方法對該變電站電能質(zhì)量進行綜合治理。當(dāng)前,應(yīng)用于高壓系統(tǒng)電能治理的設(shè)備主要有無源濾波器 (FC)、靜止無功補償器SVC(FC +TCR,FC+MCR)、動態(tài)無功補償裝置SVG。其中,FC多為單調(diào)諧濾波器,補償基波無功及濾除諧波,SVC采用三角形接線方式,平衡三相無功,兩者結(jié)合實現(xiàn)無功補償、濾除諧波、抑制閃變或負(fù)序電流功能[1-2]。TCR功率損耗包括控制電抗器和晶閘管損耗,前者近似與支路電流的平方成正比,后者近似與支路電流成正比?？傮w來說,TCR功率損耗一般為安裝容量2%～4%。同時,因其在調(diào)整過程產(chǎn)生諧波、響應(yīng)時間相對較慢等原因,隨著SVG技術(shù)的發(fā)展,SVC在電網(wǎng)中逐漸被SVG代替。

SVG應(yīng)用于電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理,主要集中在無功動態(tài)補償,諧波,閃變[1]?；谛切越泳€方式的SVG應(yīng)用于負(fù)序治理,還處在探索階段,部分文獻探討了SVG的負(fù)序檢測方法[2]。

針對110 kV四街變電站電能質(zhì)量污染現(xiàn)狀,研究了基于復(fù)合控制方法的SVG技術(shù),探討開展了高壓系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合治理研究,研究其具有的優(yōu)點和缺點。為后續(xù)類似工程的開展提供借鑒。

2 瞬時功率理論檢測電流

2.1 檢測無功和諧波電流

三相瞬時功率理論由赤木泰文提出以來,經(jīng)過多年的發(fā)展,目前逐漸探索應(yīng)用到工程無功補償和諧波治理項目中。其中,該理論應(yīng)用于無功電流和諧波電流檢測過程,如圖1所示。

圖1 瞬時功率原理檢測無功和諧波電流框圖

在圖1中,A相電壓經(jīng)過鎖相環(huán)節(jié),生成同相位的正弦和余弦信號。兩者合成構(gòu)成C信號矩陣。圖中,

諧波電流檢測原理由圖2所示,三相電流經(jīng)正交變換、C矩陣合成得到瞬時有功電流ip和瞬時無功電流iq。兩信號經(jīng)低通濾波器,得到直流分量這兩信號對應(yīng)基波有功和無功電流分量。兩電流信號經(jīng)反變換,最終得到三相基波電流iaf,ibf,icf。該信號與原信號相減可得到諧波電流信號ian,ibn,icn。

2.2 負(fù)序電流檢測方法

當(dāng)前,在工程上對負(fù)序電流的治理主要采用SVC。SVC的控制策略基于C.P.steinmetz提出的平衡化補償理論[3]。因SVC在實際運行控制過程中功率損耗較大,限制了其在未來電能質(zhì)量治理領(lǐng)域的發(fā)展。隨著SVG技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)前在高壓系統(tǒng)中的無功補償及諧波治理方面逐步采用SVG +FC方式代替SVC+FC方式。但在負(fù)序電流治理方面還處于探索研究方面[1-4]。為此,本文提出了一種基于瞬時無功理論的負(fù)序電流檢測方法,通過工程應(yīng)用證明其有效性。

圖2 瞬時功率原理檢測負(fù)序電流框圖

通常,正序分量在向量圖上,ABC分量為順時針分布,負(fù)序分量反之。受此啟發(fā),本文中采用基于瞬時無功理論應(yīng)用于負(fù)序電流檢測方法。如圖2所示。其中,

負(fù)序電流檢測原理由圖2所示三相電流經(jīng)正交變換、C矩陣合成得到瞬時有功電流i-p和瞬時無功電流i-q。兩信號經(jīng)低通濾波器,得到負(fù)序直流分量這兩信號對應(yīng)基波負(fù)序有功和負(fù)序無功電流分量。兩電流信號經(jīng)反變換,最終得到三相基波負(fù)序電流i-af, i-bf, i-cf。

3 SVG用于高壓無功和諧波治理

某變電站1號主變35 kV側(cè)諧波電流超標(biāo)；1號主變10 kV側(cè)功率因數(shù)波動較大、諧波電流和閃變超標(biāo)。經(jīng)方案經(jīng)優(yōu)化后確定,1號主變35 kV側(cè)采用5次單調(diào)諧無源濾波方式,安裝容量為14.4 Mvar；10 kV側(cè)采用SVG+FC綜合治理方式,安裝容量分別為±6 Mvar和3.15 Mvar。功能方面, ±6 Mvar的SVG濾除1號主變10 kV側(cè)5、7、11次諧波電流；在該側(cè)加裝一套容量為3.15 Mvar的13次單調(diào)諧濾波器用于濾除13次及以上諧波電流；在1號主變35 kV側(cè)加裝一套容量為14.4 Mvar的5次單調(diào)諧濾波器,濾除35 kV側(cè)諧波源產(chǎn)生的5次諧波電流。1#主變35 kV側(cè)5次單調(diào)諧濾波器投入后,注入系統(tǒng)的5次諧波電流由28 A降至5 A(主變并列運行),5次諧波電壓含有率由1.8%降低至0.1%。

SVG對5、7諧波電流有較好的效果,濾除率均大于90%,對高次諧波效果與SVG的結(jié)構(gòu)及開關(guān)頻率有關(guān),本項目中SVG中的IGBT管未采用多重化結(jié)構(gòu),對高次諧波的濾波效果不太理想, 11次、13次諧波濾除率分別為43%,20.1%；SVG投入后,有效抑制了低次諧波電壓含有率,使10 kV母線諧波電壓總畸變率由投入前的3.6%降至2.5%；SVG能有效抑制10 kV側(cè)功率因數(shù)波動,使10 kV側(cè)功率因數(shù)維持在0.985水平。通過上述測試分析可知,隨著該電能質(zhì)量治理工程的順利投入運行,有效解決了典型變電站諧波污染現(xiàn)狀。

4 SVG應(yīng)用于負(fù)序治理

當(dāng)前,對負(fù)序的治理主要是基于C.P.steinmetz提出的平衡化補償理論。SVC應(yīng)用該方法對用戶負(fù)序治理具有較好的效果,但也帶來了其它問題。其中,最為重要的缺陷是SVC本身作為一個諧波源向系統(tǒng)注入大量的5、7、11次諧波電流,且其運行功率損耗約為額定容量的2%～4%。為了有效解決上述難題,提出了一種基于瞬時無功理論的負(fù)序電流檢測方法,并成功應(yīng)用于諧波和負(fù)序治理中。治理效果如圖3、圖4所示。

圖3 智能微網(wǎng)負(fù)載結(jié)構(gòu)及負(fù)序電流測點示意圖

圖4 SVG治理諧波和負(fù)序電流效果

由圖4可知,SVG對3次諧波電流的濾除率達到88%,負(fù)序電流的濾除效果達到95%。因此,基于瞬時無功檢測理論,通過對控制策略進行設(shè)計,SVG可同時實現(xiàn)對諧波和負(fù)序的綜合治理。

5 結(jié)束語

針對諧波、負(fù)序及無功補償?shù)染C合治理問題,本文提出了基于瞬時無功檢測理論提出了諧波和負(fù)序復(fù)合控制算法,通過工程實施,證明SVG在未來電能質(zhì)量治理方面,具有廣泛的推廣前景。

[1]李力,左麗,陳立松.牽引變電所采用SVG實現(xiàn)無功和負(fù)序綜合補償方法 [J].現(xiàn)代電力技術(shù).

[2]武健,何娜,徐殿國.并聯(lián)混合有源濾波器復(fù)合控制策略[J].電力自動化設(shè)備,2009(3).

[3]吳杰.大型電弧煉鋼爐SVC方案設(shè)計及其實際效果 [J].電網(wǎng)技術(shù),2003(1).

[4]李媛.新型靜止無功發(fā)生器SVG控制策略仿真研究 [D] .2008.

[5]唐敏,李群湛,賀建閩.牽引變電所無功諧波綜合補償方案研究 [J].電網(wǎng)技術(shù),2004,28(2)：47-52.

[6]李曠,劉進軍,魏標(biāo),等.靜止型無功發(fā)生器補償電網(wǎng)電壓不平衡的控制及其優(yōu)化方法 [J].中國電機工程學(xué)報, 2006,26(5)：58-63.

[7]郭濤.基于IGCT的STATCOM主電路結(jié)構(gòu)研究 [D].江蘇大學(xué),2006.

[8]肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制 [M].中國電力出版社.

Research and Application Based on SVG Power Quality Comprehensive Control

QIN Risheng1,LI Jingbin2,WEI Chengzhi1
(1.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217；2.Yunnan Diqing Power Supply Bereau,Diqing,Yunnan 674400)

This paper proposes a method base on SVG comprehensive governance to deal with harmonic,flicker,negative sequence, and other comprehensive governance issues.The method has been applied in substation and smart microgrid successfully.

Harmonic；Negative sequence；SVG

TM85

B

1006-7345(2014)02-0012-03

2014-03-26

覃日升 (1976),男,碩士,四級助理技術(shù)專家,高級工程師,云南電網(wǎng)公司電力研究院,主要從事電能質(zhì)量分析方面的工作和研究工作 (e-mail)jx780531@126.com。