動態(tài)無功補償裝置在66 kV變電站的應用

田 東，張大偉，安大慶

（國網丹東供電公司，遼寧 丹東 118001）

動態(tài)無功補償裝置在66 kV變電站的應用

田 東，張大偉，安大慶

（國網丹東供電公司，遼寧 丹東 118001）

隨著智能電網的發(fā)展，如何根據(jù)用戶和電力系統(tǒng)的用電和供電條件，針對不同情況認真科學地做好無功補償，充分挖掘供電設備的潛力，降低電能損耗，改善電能質量，保證供用電設備的安全、穩(wěn)定、可靠運行有著重要意義。以采用自換相的電壓型橋式電路作為動態(tài)無功補償?shù)腟VG裝置為例，介紹了動態(tài)無功補償裝置的結構原理，并結合實際對其應用效果進行了分析。

動態(tài)；無功補償；SVG；智能電網

由于電力系統(tǒng)飛速發(fā)展，各部門對降損節(jié)電、電壓質量都提出了更高的要求，為充分發(fā)揮輸、變電設備的經濟效益，減少電能損失，需要用戶端和系統(tǒng)內變電所線路合理地配置一定的無功補償裝置。如何根據(jù)用戶和電力系統(tǒng)的用電和供電條件，針對不同情況認真科學地做好無功補償，充分挖掘供電設備的潛力，降低電能損耗，改善電能質量，保證供用電設備的安全、穩(wěn)定、可靠運行有著重要意義，加強電網無功補償設備的智能化改造在智能電網發(fā)展建設中勢在必行。

丹東供電公司現(xiàn)有的無功補償方式多為電容器補償，屬于靜止型無功補償，其結構簡單，適用于負荷較為平穩(wěn)的供電線路。當電網無功變化較大時，電容器組就不能線性平滑的調節(jié)無功輸出，更不滿足智能電網無功自動調節(jié)和設備智能化的要求。本文提出的動態(tài)無功補償設備就能很好地解決類似問題，實現(xiàn)在平滑調節(jié)無功輸出的同時，可對電容器進行自動投切，控制其投切次數(shù)。此外還具備消除一定電網諧波、解決電網三相不平衡、抑制閃變等功能［1］。

1 現(xiàn)狀分析

丹東電網66 kV楊木川變電站供電區(qū)域內負荷以冶煉及農業(yè)為主，1號、2號主變分別代兩段負荷。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14.6 km）和石城變石毛線 （亙長21.17 km），楊木川變?yōu)槟┒俗冸娝?，無66 kV母線配出。丹東電網楊木川變正常方式為毛青線經毛甸子變，毛楊線代楊木川變全部負荷，石毛線備用。楊木川變電所現(xiàn)有2臺主變分列運行，容量分別為1號主變壓器：10 000 kVA；2號主變壓器：16 000 kVA，10 kV母線最大運行方式時短路容量為89.5 MVA；最小運行方式時短路容量為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荷供電外還帶有1個小水電站；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企業(yè)，其用電變壓器容量為400 kVA。楊木川變電能質量監(jiān)測結果顯示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。測試結果以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 實測諧波電流值與國標值比較

表2 其它各項電能質量指標

楊木川變供電范圍內主要負荷為煉鋼、電熔鎂與農業(yè)負荷，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，同時由于遼東鋼鐵總廠生產時，產生大量諧波污染，造成電壓長時、短時閃變。目前楊木川變電站10 kVⅡ段母線電壓短時閃變、長時閃變超過國標規(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量問題已經嚴重影響當?shù)貜S礦、居民的生產、生活，對于電網系統(tǒng)該變電站進行集中動態(tài)無功補償非常有必要。

2 實施效果

SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網上，適當?shù)卣{節(jié)橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

2.1 實施內容

結合丹東電網的實際，選擇適合區(qū)域應用，容量為5 000 kvar電壓等級為66 kV變電站內10 kV供電系統(tǒng)中的動態(tài)無功補償裝置 （SVG）產品技術條件，進行產品安裝。根據(jù)楊木川66 kV變電站負荷特性和諧波含量、電壓變化規(guī)律，設計SVG產品計算和系統(tǒng)仿真。針對66 kV楊木川變電站SVG的安裝地點，研究丹東電網的線路潮流控制規(guī)律和無功功率控制方法，輔助電網用SVG控制器的設計，以實現(xiàn)對電網潮流控制、無功功率平衡能力以及配電電能質量的改善，在已掌握的SVG技術基礎上，進一步進行工程應用研究，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研究。在以往研發(fā)成果為基礎，以SVG系統(tǒng)集成為目標，通過SVG裝置現(xiàn)場試運行作為考核方式。在進行66 kV變電站內裝設1套SVG裝置，基于SVG裝置研制的前期，可采用理論分析、試驗驗證和仿真技術相結合的方式，對靜補裝置與電力系統(tǒng)之間相互作用開展研究?？刂破鲬苓m應電力系統(tǒng)的各種工況，符合電磁兼容性要求，同時，要進行控制系統(tǒng)人機界面以及與變電站自動化系統(tǒng)接口技術的研究，明確分散控制與中央控制間相互關系。對各項保護措施要仔細加以研究，包括繼電保護、過電壓保護以及其它方面的電氣保護，為了使裝置接入系統(tǒng)后，不降低電力系統(tǒng)運行的可靠性，可采用冗余保護策略。監(jiān)控系統(tǒng)的方案與保護方案一并考慮，要有一定的運行模式和控制調節(jié)措施，確保對設備運行狀態(tài)有效監(jiān)控。結合輸電網特點，研究SVG與電網的聯(lián)接技術，確保聯(lián)網運行安全［2-4］。

2.2 效果檢查

SVG裝置成功在楊木川66 kV變電站投運近1年，在正常和異常情況下，降低了丹東電網一次有功網損，為系統(tǒng)提供無功出力-5 000 kvar（感性）～＋5 000 kvar（容性）。投入動補裝置后，對楊木川變末端電壓有顯著提高，并可有效吸收諧波對系統(tǒng)電壓的影響，使電壓波動及閃變也得到良好的控制。改善了電網供電質量，為楊木川變電站所帶的冶煉及農業(yè)等的用電設備創(chuàng)造了良好的供電系統(tǒng)。裝設動態(tài)無功補償SVG裝置對降低線路損耗是行之有效的，節(jié)省了大量國家資源，可以實現(xiàn)動態(tài)快速調節(jié)無功輸出，跟隨負荷變化精確調節(jié)無功輸出，最大限度地滿足系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的要求，同容量SVG裝置補償效果比傳統(tǒng)無功補償設備高1.2倍左右，可以根據(jù)需要實現(xiàn)設備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測、遠程監(jiān)控。無功調整速度很快，響應時間小于10 ms，控制系統(tǒng)響應時間小于1 ms，控制電壓波動能力強，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，設備對系統(tǒng)參數(shù)不敏感，不會發(fā)生諧振或諧波放大，具備系統(tǒng)級、裝置級、器件級三重保護，設備采用新型 IGBT元件，成套設備效率高，系統(tǒng)損耗小。無功補償裝置SVG屬于第三代動態(tài)無功補償技術，基于電壓源型逆變器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償功能的飛躍，不再采用大容量的電容器、電抗器，而是通過大功率電力電氣器件的高頻開關 （IGBT）實現(xiàn)無功補償?shù)淖儞Q，它能濾除系統(tǒng)的各次諧波，同時動態(tài)補償系統(tǒng)無功的需求。SVG動態(tài)快速調節(jié)無功輸出，最大限度的跟蹤系統(tǒng)的無功需求，快速補償，滿足功率因數(shù)補償要求。在補償容量足夠的前提下，可保證任意時刻的功率因數(shù)接近于1，補償容量雙向可調，等容量的吸收和發(fā)出無功，響應速度快，可有效抑制電壓波動等電能質量問題。

3 結束語

隨著無功補償行業(yè)的發(fā)展，動態(tài)無功補償技術不斷成熟，SVG已成為迄今最先進的補償技術，它對煤炭、電力、冶金、化工等行業(yè)的節(jié)能降耗和供電安全起到關鍵性作用，SVG將在電力系統(tǒng)中得到更加廣泛的應用。

［1］ 王洪生，孟慶梅，梁鳳珍.供電企業(yè)無功補償運行分析［J］.東北電力技術，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電壓的 SVG控制策略研究 ［J］.東北電力技術，2006，27（3）：15-17.

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

［4］ 莊文柳，張秀娟，劉文華.靜止無功發(fā)生器SVG原理及工程應用的若干問題 ［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，學士，高級工程師，從事電氣測量、儀器儀表、電能質量、電網環(huán)境保護等專業(yè)的監(jiān)督工作。

2015-08-22）