靜止無(wú)功發(fā)生器在青島南京路變電站中的應(yīng)用

劉　鵬，江　川，劉　杰，尹玉娟，孫昭昌

(國(guó)網(wǎng)青島供電公司，山東 青島 266002)

?

靜止無(wú)功發(fā)生器在青島南京路變電站中的應(yīng)用

劉鵬，江川，劉杰，尹玉娟，孫昭昌

(國(guó)網(wǎng)青島供電公司，山東 青島 266002)

摘要:文中介紹了靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)裝置在青島南京路變電站的應(yīng)用情況，分析了SVG的基本工作原理、補(bǔ)償控制策略，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾除效果測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該SVG可以有效改善南京路站接入點(diǎn)電網(wǎng)的電能質(zhì)量、抑制電壓波動(dòng)并提高功率因數(shù)，具有較高的工程推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)；變電站；無(wú)功補(bǔ)償；控制策略

0　引　言

為了提高電能質(zhì)量，更好地吸納日益增加的新能源發(fā)電設(shè)備，南京路變電站于2013年12月安裝了一套靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)裝置。本文以此出發(fā)，探討了投運(yùn)以來(lái)SVG裝置在南京路變電站的應(yīng)用效果。

1　SVG的工作過(guò)程分析

目前SVG一般采用電壓源型，它有較快的響應(yīng)速度，且易于實(shí)現(xiàn)[1]。對(duì)于50 Hz的工頻系統(tǒng)而言，SVG接入后，系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為圖1所示。

圖1 工頻系統(tǒng)下的電路簡(jiǎn)圖

圖中，XS為系統(tǒng)的內(nèi)感抗，XL為包含線路及負(fù)載的感抗，RL為線路及負(fù)載的阻抗，XG為SVG與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的電抗器的感抗。其中，iS為系統(tǒng)電壓源uS輸出的電流；iL為流過(guò)負(fù)載的電流；iG為SVG等效電壓源uG向接入點(diǎn)P注入的電流。SVG未輸出時(shí)，iL中可能包含感性無(wú)功電流分量iLX、阻性有功電流分量iLR及諧波電流分量iLH。SVG投入后，理想狀態(tài)下，iG的注入將使得流過(guò)P點(diǎn)的電流中iLX完全消失，僅剩余iLR分量。假定P點(diǎn)的電壓為uP，則此時(shí)SVG輸出電壓就可以表示為：

(1)

考慮到iL中無(wú)功分量消除后，P點(diǎn)的電壓必然發(fā)生一定變化，式(1)無(wú)功補(bǔ)償方式僅在XS忽略不計(jì)，P點(diǎn)電壓與系統(tǒng)電壓一致的情況才能完全補(bǔ)償。當(dāng)XS分量較大時(shí)，SVG需幾個(gè)工頻周期的調(diào)整才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償狀態(tài)。如果XS已知，可提前設(shè)置，則SVG輸出電壓可表示為：

(2)

式中，uS不能直接測(cè)得，可采用P點(diǎn)電壓與電流計(jì)算如下。

(3)

實(shí)際工作中，XS受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較大，難以獲得準(zhǔn)確值；而XS一般遠(yuǎn)小于負(fù)載阻抗，采用式(1)方式，一次調(diào)整可補(bǔ)償90%以上的無(wú)功功率，因此本文工程中SVG的運(yùn)行方式采用式(1)的電壓調(diào)整方式。對(duì)于諧波電流分量iLH而言，負(fù)載可等效為電流源，系統(tǒng)電源等效為短路狀態(tài)，此時(shí)電路可采用圖2表示。

諧波電流下諧波潮流分布如圖2中所示。假定SVG向系統(tǒng)注入的諧波電流iGH完全抵消負(fù)載諧波

圖2 諧波電流下的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

電流iLH，則流過(guò)XSH的諧波電流分量為0。此時(shí)，注入P點(diǎn)的諧波電壓uPH為零。需SVG產(chǎn)生的諧波電壓uGH可表示為：

(4)

獲得工頻電壓分量uG與諧波電壓分量uGH后，SVG疊加兩者可得輸出的電壓波形，以此生成脈沖序列控制開關(guān)器件即可。

圖3　瞬時(shí)無(wú)功、諧波電流運(yùn)算原理

2 SVG的補(bǔ)償電流檢測(cè)

本文工程安裝的SVG采用基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的電流檢測(cè)法,基本思路如圖3所示。

輸入量為SVG在接入點(diǎn)測(cè)得的三相電壓和電流瞬時(shí)值,如圖3中ea、eb、ec及ia、ib、ic所示。圖3中，LPF是低通濾波器，而C32、C23、Cpq、Cpq-1分別為下述矩陣：

(5)

(6)

(7)

(8)

電壓、電流經(jīng)過(guò)圖3運(yùn)算，可獲得三相諧波電流值iah、ibh、ich。要得到工頻無(wú)功電流iaq、ibq、icq只需將圖3中的中間值經(jīng)過(guò)如下運(yùn)算即可。

(9)

在獲得負(fù)載電流中的基波無(wú)功電流與諧波電流分量后，SVG即可按照式(1)與式(4)控制開關(guān)器件產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓波形注入P點(diǎn)，從而達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償和濾除諧波的雙重目的。

3　SVG在南京路站中的應(yīng)用與測(cè)試

本期安裝的SVG額定電壓為35 kV，裝機(jī)容量為20 MVar，安裝于35 kV系統(tǒng)甲母線。

3.1　電能質(zhì)量測(cè)試

SVG投入前，變電站35 kV母線側(cè)功率因數(shù)最大值為0.952，最小值為0.904，平均功率因數(shù)為0.912；電壓頻率最大值為50.11 Hz，最小值為49.92 Hz，95%的概率大值為50.07 Hz，符合國(guó)標(biāo)限值。SVG投入后，電壓頻率最大值為50.06 Hz，最小值為49.95 Hz，95%的概率大值為50.04 Hz，電壓頻率偏差有所減小；功率因數(shù)最大值為0.9563，最大值為0.9575，平均值為0.9572，功率因數(shù)偏差為0.12%。SVG投入運(yùn)行后，35 kV母線功率因數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行在0.9572的設(shè)定值，表明SVG起到了良好的無(wú)功補(bǔ)償效果。

3.2　SVG動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試

由于SVG 采用 IGBT 半導(dǎo)體全控型器件，配合瞬時(shí)無(wú)功功率控制算法，其瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間理論最大值可小于10 ms。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)SVG響應(yīng)時(shí)曲線按時(shí)間軸展開后，實(shí)測(cè)的10%～90%響應(yīng)時(shí)間僅為3.6 ms，小于其理論最大值，表明SVG具有良好的響應(yīng)特性[2]。

4　結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，SVG可有效對(duì)變電站實(shí)時(shí)快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量，從而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，王躍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]張定華.高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)及應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2011.

設(shè)計(jì)應(yīng)用

Application of Static Var Generator (SVG) in Substation of Nanjing Road in Qindao

LIU Peng, JIANG Chuan, LIU Jie, YIN Yu-juan, SUN Zhao-chang

(Qindao Power Supply Company of State Grid, Qindao 266002, China)

Abstract:The application situation of SVG device in Nanjing Road substation in Qindao is introduced in this article. Basic operating principle and compensation control strategy of SVG are analyzed. Field tests in aspects of reactive power compensation and harmonic filtering are conducted, which shows that the SVG can effectively improve power quality, suppress voltage fluctuation and improve power factor of grid access point of Nanjing Road substation, and therefore should have extended application in similar occasions.

Key words:static var generator (SVG); substation; reactive power compensation; control strategy

中圖分類號(hào)：TM714

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3664(2015)02-0069-02

作者簡(jiǎn)介：劉鵬(1979-)男，山東青州人，博士，工程師，主要研究方向?yàn)楦邏簾o(wú)功補(bǔ)償與高壓試驗(yàn)技術(shù)。

收稿日期：2014-12-2