田 東，張大偉，安大慶

（國(guó)網(wǎng)丹東供電公司，遼寧 丹東 118001）

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在66 kV變電站的應(yīng)用

田 東，張大偉，安大慶

（國(guó)網(wǎng)丹東供電公司，遼寧 丹東 118001）

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，如何根據(jù)用戶(hù)和電力系統(tǒng)的用電和供電條件，針對(duì)不同情況認(rèn)真科學(xué)地做好無(wú)功補(bǔ)償，充分挖掘供電設(shè)備的潛力，降低電能損耗，改善電能質(zhì)量，保證供用電設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行有著重要意義。以采用自換相的電壓型橋式電路作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)腟VG裝置為例，介紹了動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)原理，并結(jié)合實(shí)際對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。

動(dòng)態(tài)；無(wú)功補(bǔ)償；SVG；智能電網(wǎng)

由于電力系統(tǒng)飛速發(fā)展，各部門(mén)對(duì)降損節(jié)電、電壓質(zhì)量都提出了更高的要求，為充分發(fā)揮輸、變電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，減少電能損失，需要用戶(hù)端和系統(tǒng)內(nèi)變電所線路合理地配置一定的無(wú)功補(bǔ)償裝置。如何根據(jù)用戶(hù)和電力系統(tǒng)的用電和供電條件，針對(duì)不同情況認(rèn)真科學(xué)地做好無(wú)功補(bǔ)償，充分挖掘供電設(shè)備的潛力，降低電能損耗，改善電能質(zhì)量，保證供用電設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行有著重要意義，加強(qiáng)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的智能化改造在智能電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)中勢(shì)在必行。

丹東供電公司現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償方式多為電容器補(bǔ)償，屬于靜止型無(wú)功補(bǔ)償，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于負(fù)荷較為平穩(wěn)的供電線路。當(dāng)電網(wǎng)無(wú)功變化較大時(shí)，電容器組就不能線性平滑的調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，更不滿(mǎn)足智能電網(wǎng)無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)和設(shè)備智能化的要求。本文提出的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備就能很好地解決類(lèi)似問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在平滑調(diào)節(jié)無(wú)功輸出的同時(shí)，可對(duì)電容器進(jìn)行自動(dòng)投切，控制其投切次數(shù)。此外還具備消除一定電網(wǎng)諧波、解決電網(wǎng)三相不平衡、抑制閃變等功能［1］。

1 現(xiàn)狀分析

丹東電網(wǎng)66 kV楊木川變電站供電區(qū)域內(nèi)負(fù)荷以冶煉及農(nóng)業(yè)為主，1號(hào)、2號(hào)主變分別代兩段負(fù)荷。目前楊木川變配置1組容量為1 100 kvar電容器組，掛在Ⅰ段母線上，Ⅱ段母線未配備電容器組。楊木川變66 kV母線配入電源線2條，分別為毛甸子變66 kV毛楊線 （亙長(zhǎng)14.6 km）和石城變石毛線 （亙長(zhǎng)21.17 km），楊木川變?yōu)槟┒俗冸娝?，無(wú)66 kV母線配出。丹東電網(wǎng)楊木川變正常方式為毛青線經(jīng)毛甸子變，毛楊線代楊木川變?nèi)控?fù)荷，石毛線備用。楊木川變電所現(xiàn)有2臺(tái)主變分列運(yùn)行，容量分別為1號(hào)主變壓器：10 000 kVA；2號(hào)主變壓器：16 000 kVA，10 kV母線最大運(yùn)行方式時(shí)短路容量為89.5 MVA；最小運(yùn)行方式時(shí)短路容量為44.5 MVA；10 kV母線有4回配出線，線路分別是軋鋼線、電熔鎂線、楊木川線和安平河線，其中軋鋼線是專(zhuān)線為遼東鋼鐵總廠供電，遼東鋼鐵總廠以電弧爐煉鋼為主，電爐容量為3 200 kVA；電熔鎂線除為電熔鎂負(fù)荷供電外還帶有1個(gè)小水電站；楊木川線為普通民用供電；安平河線上有普通民用負(fù)荷和丹東鴻源合金有限公司，丹東鴻源合金有限公司屬中頻爐生產(chǎn)企業(yè)，其用電變壓器容量為400 kVA。楊木川變電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示66 kV母線最高電壓為 65.67 kV，最低電壓為61.62 kV，10 kV母線最高電壓為11.50 kV，最低電壓為10.3 kV。測(cè)試結(jié)果以95%概率大值作為判斷合格與否的依據(jù)，3～7次諧波電流值如表1所示，電壓畸變率、閃變等參數(shù)如表2所示。

表1 實(shí)測(cè)諧波電流值與國(guó)標(biāo)值比較

表2 其它各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)

楊木川變供電范圍內(nèi)主要負(fù)荷為煉鋼、電熔鎂與農(nóng)業(yè)負(fù)荷，且供電半徑較大，該所距220 kV寬甸變電站約50 km，由66 kV毛楊線供電，為末端變電所，電壓水平較低，同時(shí)由于遼東鋼鐵總廠生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生大量諧波污染，造成電壓長(zhǎng)時(shí)、短時(shí)閃變。目前楊木川變電站10 kVⅡ段母線電壓短時(shí)閃變、長(zhǎng)時(shí)閃變超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的限制；10 kV軋鋼線上的3、4、5次諧波電流超出了根據(jù)國(guó)家規(guī)定按照供電變電所母線短路容量換算的諧波電流允許值。因此楊木川變電站的電壓質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)貜S礦、居民的生產(chǎn)、生活，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)該變電站進(jìn)行集中動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償非常有必要。

2 實(shí)施效果

SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

2.1 實(shí)施內(nèi)容

結(jié)合丹東電網(wǎng)的實(shí)際，選擇適合區(qū)域應(yīng)用，容量為5 000 kvar電壓等級(jí)為66 kV變電站內(nèi)10 kV供電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置 （SVG）產(chǎn)品技術(shù)條件，進(jìn)行產(chǎn)品安裝。根據(jù)楊木川66 kV變電站負(fù)荷特性和諧波含量、電壓變化規(guī)律，設(shè)計(jì)SVG產(chǎn)品計(jì)算和系統(tǒng)仿真。針對(duì)66 kV楊木川變電站SVG的安裝地點(diǎn)，研究丹東電網(wǎng)的線路潮流控制規(guī)律和無(wú)功功率控制方法，輔助電網(wǎng)用SVG控制器的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)潮流控制、無(wú)功功率平衡能力以及配電電能質(zhì)量的改善，在已掌握的SVG技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行工程應(yīng)用研究，IGBT單元及其控制器的研制，控制器和功率單元系統(tǒng)集成及成套裝置試驗(yàn)研究。在以往研發(fā)成果為基礎(chǔ)，以SVG系統(tǒng)集成為目標(biāo)，通過(guò)SVG裝置現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行作為考核方式。在進(jìn)行66 kV變電站內(nèi)裝設(shè)1套SVG裝置，基于SVG裝置研制的前期，可采用理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證和仿真技術(shù)相結(jié)合的方式，對(duì)靜補(bǔ)裝置與電力系統(tǒng)之間相互作用開(kāi)展研究?？刂破鲬?yīng)能適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種工況，符合電磁兼容性要求，同時(shí)，要進(jìn)行控制系統(tǒng)人機(jī)界面以及與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接口技術(shù)的研究，明確分散控制與中央控制間相互關(guān)系。對(duì)各項(xiàng)保護(hù)措施要仔細(xì)加以研究，包括繼電保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)以及其它方面的電氣保護(hù)，為了使裝置接入系統(tǒng)后，不降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，可采用冗余保護(hù)策略。監(jiān)控系統(tǒng)的方案與保護(hù)方案一并考慮，要有一定的運(yùn)行模式和控制調(diào)節(jié)措施，確保對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有效監(jiān)控。結(jié)合輸電網(wǎng)特點(diǎn)，研究SVG與電網(wǎng)的聯(lián)接技術(shù)，確保聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行安全［2-4］。

2.2 效果檢查

SVG裝置成功在楊木川66 kV變電站投運(yùn)近1年，在正常和異常情況下，降低了丹東電網(wǎng)一次有功網(wǎng)損，為系統(tǒng)提供無(wú)功出力-5 000 kvar（感性）～＋5 000 kvar（容性）。投入動(dòng)補(bǔ)裝置后，對(duì)楊木川變末端電壓有顯著提高，并可有效吸收諧波對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，使電壓波動(dòng)及閃變也得到良好的控制。改善了電網(wǎng)供電質(zhì)量，為楊木川變電站所帶的冶煉及農(nóng)業(yè)等的用電設(shè)備創(chuàng)造了良好的供電系統(tǒng)。裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償SVG裝置對(duì)降低線路損耗是行之有效的，節(jié)省了大量國(guó)家資源，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，跟隨負(fù)荷變化精確調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，最大限度地滿(mǎn)足系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的要求，同容量SVG裝置補(bǔ)償效果比傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備高1.2倍左右，可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控。無(wú)功調(diào)整速度很快，響應(yīng)時(shí)間小于10 ms，控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于1 ms，控制電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，具有電流源特性，輸出電流不受母線電壓影響，可以有效支撐系統(tǒng)電壓，設(shè)備對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，不會(huì)發(fā)生諧振或諧波放大，具備系統(tǒng)級(jí)、裝置級(jí)、器件級(jí)三重保護(hù)，設(shè)備采用新型 IGBT元件，成套設(shè)備效率高，系統(tǒng)損耗小。無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG屬于第三代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，基于電壓源型逆變器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償功能的飛躍，不再采用大容量的電容器、電抗器，而是通過(guò)大功率電力電氣器件的高頻開(kāi)關(guān) （IGBT）實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖儞Q，它能濾除系統(tǒng)的各次諧波，同時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功的需求。SVG動(dòng)態(tài)快速調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，最大限度的跟蹤系統(tǒng)的無(wú)功需求，快速補(bǔ)償，滿(mǎn)足功率因數(shù)補(bǔ)償要求。在補(bǔ)償容量足夠的前提下，可保證任意時(shí)刻的功率因數(shù)接近于1，補(bǔ)償容量雙向可調(diào)，等容量的吸收和發(fā)出無(wú)功，響應(yīng)速度快，可有效抑制電壓波動(dòng)等電能質(zhì)量問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)功補(bǔ)償行業(yè)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)不斷成熟，SVG已成為迄今最先進(jìn)的補(bǔ)償技術(shù)，它對(duì)煤炭、電力、冶金、化工等行業(yè)的節(jié)能降耗和供電安全起到關(guān)鍵性作用，SVG將在電力系統(tǒng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］ 王洪生，孟慶梅，梁鳳珍.供電企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行分析［J］.東北電力技術(shù)，2001，22（1）：26-28.

［2］ 劉勁松，鄭志勤，任普春.基于直接電流法控制接入點(diǎn)電壓的 SVG控制策略研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2006，27（3）：15-17.

［3］ 李春東.SVQC型變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置與AVC區(qū)域控制系統(tǒng)接口方案研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（7）：42-44.

［4］ 莊文柳，張秀娟，劉文華.靜止無(wú)功發(fā)生器SVG原理及工程應(yīng)用的若干問(wèn)題 ［J］.華東電力，2009，37（8）：25-28.

Application on Dynamic Reactive Power Compensation Device in 66 kV Substation

TIAN Dong，ZHANG Da?wei，AN Da?qing
（State Grid Dandong Electric Power Supply Company，Dandong，Liaoning 118001，China）

With the development of smart grid，ensuring power supply equipment safe，stable and reliable operation is very important. According to the user of electric power system，electricity and power supply conditions，relevant departments should make a good job by reactive compensation，untapped potential，reducing power loss and improving power quality，etc.This paper makes the self com?mutated voltage type circuit as a SVG device of dynamic reactive power compensation for example.Structure principle of dynamic reac?tive power compensation device is introduced，the application effect combined with the practice is analyzed.

Dynamic；Reactive power compensation；SVG；Intelligent power grid

TM761＋.1

A

1004-7913（2015）11-0060-03

田 東 （1977—），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，從事電氣測(cè)量、儀器儀表、電能質(zhì)量、電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)等專(zhuān)業(yè)的監(jiān)督工作。

2015-08-22）