低壓動態無功補償裝置SVG在工廠低壓配電系統的應用

楊招虎

[中圖分類號] fM761.12

[文獻標志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0079-02

Application of Low Voltage Dynamic Reactive Power Compensation

Device SVG in Factory Low Voltage Distribution System

Yang Zhao-hu

[ Abstract]

ne power supply sysrem in the production area of a factory adopts the decentralized power supply mode， which is mainly composedof llOkV main substation，

lOkV distribution station， 380V substation in the factory site， etc. The equipment of power supply system in the plant area iswidely distributed. The power supply range of a main substation is as long as 7-8km， and a large amount of capacitive reactive power is generated duringthe operation of cables. Two sets of high voltage dynamic reactive power compensation devices are installed in 110 kV main substation， the power factoiis hnproved accordingly， which meets the requirements of power supply company. The high-voltage cables from lOkV power distribution station to eachplant are widely distributed and long distance， about 200km; the power factor oflow-voltage part is loxv， some plant electrical equipment produce largeharmonics， and the power quality of power grid is poor， which needs urgent treatment. At present， the low-voltage dynamic reactive power compensationdevice SVG is added to the 380V substation in the plant site， which significantly improves the power quality of the power supply system， increases thepower factor， reduces the reactive power loss， and saves energy and protects the environment

[ Keywords]

power quaUry; dynamic reactive power compensation; SVG; energy saving and envirorunental protection; power factor

目前某工廠變電站內部分無功補償柜使用年限較長，出現電容鼓包，接觸器、電抗器燒毀現象，故障率越來越高，損壞后不易恢復。低壓動態無功補償裝置是一種在變電系統和輸配電系統中提高電網側及負載端的功率因數，降低變電站內變壓囂等負載端及輸配電系統輸送線路自身的無功電能損耗，電能補償供配電系統內的電壓暫升、暫降，提高系統供電質量，改善供電系統環境的設備。因此，對生產區某廠房變電站無功補償柜改造為動態無功補償裝置SVG柜。

1 系統設計

1.1 原有系統數據測試

某變電站3#變壓器測試數據及分析（表1）。

1.2 系統補償方案

根據測試數據：某廠房變電站3#變壓器容量1600 KV，變壓器負荷率：55%;后端負載主要為空調機組及數控設備，該供電系統原來配置無功補償柜一臺，設備容量：400 kVar;無功補償設備故障頻發，無法正常投入使用，而系統功率因數為：0.85，功率因數無法滿足系統要求。

故對無功補償柜進行改造，根據技術的發展，選用目前市場先進的SVG動態無功發生器代替現有的無功補償柜，對該供電系統進行無功補償。

1.3 某廠房變電站3#變壓器安裝SVG無功補償裝置工作原理

SVG動態無功補償裝置就是將自動換相橋式整流電路通過濾波電抗器并聯到某廠房3#變電站的變壓器輸出側，合理地調節補償裝置的橋式整流電路的交流輸出端的電壓幅值及其相位，電可以直接控制補償裝置交流輸出端的電流人小，使補償裝置的超級電容（阻容吸收電路）吸收或者輸出滿足使用要求的電流分量，實現3#變電站供配電系統的動態無功補償H的及解決短時電壓暫降問題，補償原理如圖1所示。

（1）系統的動態補償性。選擇合適的SVG能同時對變配電系統的無功功率和系統的高次諧波進行自動補償。

（2） SVG系統的安全性、穩定性非常好。一般傳統的無功補償系統是屬于阻容型樸償裝置，設置系統參數的要求很高，當參數設置不匹配、或者系統運行一段時間后，原來設置好參數自動發生改變，這就非常容易引起供配電系統的諧振以及諧波電流放人，這不僅嚴重危害補償系統本身的安全，也會對供配電系統內所有的設備造成極人的安全隱患和風險。

本次廠房變電站采用的SVG補償裝置是電流可控型，對本廠房變電站供電系統設置的參數不敏感，因此不會產生諧振，也不會引起供配電系統諧波被放人的情形;即使補償對象的電流非常人，本裝置不會產生過載現象，也能在系統中發揮裝置的正常補償作用。即：補償裝置動態穩定地發出或者吸收供配電系統產生的無功功率分量，完全控制系統的補償電流人小，不會出現功率因數過補償的情況，更不發生無功功率分量反送的情況;能夠跟蹤本廠房變電站3#變壓器供配電系統的頻率的變化。因此系統電網頻率和畸變率變化不會影響到SVG補償裝置的補償性。

（3）系統的響應時間短。一般傳統的補償裝置的響應時間一般在15～45 ms左右，從采集數據到投入電容器用時往往需要更長。而本廠房變電站3#變壓器側安裝的SVG的響應時間不超過10 ms，對供配電系統的暫態過程有著重要響應速度優勢。

（4）本廠房變電站3#變壓器側安裝的SVG運行功率損耗小SVG裝置采用的是新型IGBT功率器件組成，裝置的直接輸出電壓范圍寬，無連接用變壓器和阻容吸收電路，讓裝置效率可以達到99%以上。

（5）本廠房變電站3#變壓器側安裝的SVG可靠性高。SVG動態無功補償裝置可以采用N+l或N+2兀余電路的拓撲結構，一個（或幾個）單元摜壞后補償裝置仍可繼續使用，并且能保證供配電系統現有的補償效果。對外部電網系統運行情況和電網系統的結構變化也不敏感，更好地滿足了系統和負荷的補償范圍要求。

1.4 本廠房變電站3#變壓器側安裝的SVG內部控制原理

如圖2所示，斷路器合閘后，為防止得電時系統電網對直流母線上電容器的瞬時沖擊，SVG先是通過軟起電阻對直流母線的電容器進行充電，整個過程會持續幾十秒鐘的時間。當母線端電壓Ud達到設定值后，裝置的主接觸器閉合。直流電容作為儲能器件，通過裝置IGBT逆變器和內部的電抗器向系統電網輸出的補償電流提供量能。SVG裝置可以通過外部電流互感器（CT）災時采集系統電網電流信號傳送至信號調理電路，然后再傳送至FPGA控制器。FPGA控制器將基波成分進行分離，提取出系統所有的諧波電流、無功電流、三相不平衡電流，將采集到系統要補償的各種電流類型和SVG裝置已發出的補償電流進行比較，得到差值部分，將系統實時的補償信號輸出到IGBT驅動電路，觸發IGBT變換器將補償電流注入到電網中，實現裝置閉環控制，完成對系統電網的補償功能。通過對3#變電站安裝的SVG工作原理和內部控制原理的分析，以及實際使用效果。系銃功率因數達到了0.95，在提高功率因數的同時，也解決了部分電壓暫降問題，改善了3#變電站供電品質。

2 系統安裝及具體配置

考慮到測試本J廠房變電站3#變壓器的數據時，變壓器負荷率較低，按照變壓器總容量1600 kVA的25%容量配置SVG裝置，取無功功率的值即為400 kVar。SVG裝置采用模塊化安裝，每個模塊100 kVar，因此，本變電站安裝4個模塊并聯接入，即可滿足補償要求。為便于檢修和使用，每個模塊的電源電路前安裝斷路器，單獨對模塊進行控制，具體配置如表2所示。

3 系統經濟性分析

對某廠房3#變電站進行SVG動態無功補償裝置改造后，對其經濟性進行分析，各電壓等級下的無功補償經濟當量如表3所示。

經測試，該用電系統的無功功率為：392.2 kvar。SVG裝置安裝完成后，設備投入運行，經計算，裝置相當于補償了58.8 kW有功功率，考慮到裝置運行的檢修時間、非滿載運行時間，按照測試數據按系統無功的50%補償計算，該供電系統下均一年可以降低約4%的總電費支出。按照傳統工業電費0.85元/kW h計算，該供電系統一年節約的電費計算為：0.85×58.8×12×365×0.5=11萬元。

系統改造升級英計使用費用約19萬元;預計18個月內可收回設備成本。

4 結束語

對某廠房變電站進行SVG動態無功補償改造，既節能降耗，符合國家的產業政策，又能延長設備使用壽命，減少設備維護量。保障廠房的電力供應，提高用電品質，為單位的科研生產保駕護航。

參考文獻

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