靜止無功發(fā)生器(SVG)在供電企業(yè)中的應(yīng)用

樊昕甲

神華準(zhǔn)能供電公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010399

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速的發(fā)展,科技水平的提高,大型企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量有了更高的要求。為了提高供電質(zhì)量,供電企業(yè)引進(jìn)了不同種類的無功補(bǔ)償裝置,例如：電容器、靜止無功補(bǔ)償裝置和近年來發(fā)展起來的靜止無功發(fā)生器。

電壓是衡量電能的一個(gè)重要指標(biāo),質(zhì)量合格的電壓能保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行,而系統(tǒng)中運(yùn)行電壓取決于無功功率的平衡,因此無功功率補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量的評(píng)估起著決定性的作用。

目前,我國供電企業(yè)中存在著嚴(yán)重的無功功率不足的問題,引起無功不足的原因有以下兩種：1)企業(yè)電壓質(zhì)量不高,由于電力負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)和中小容量變壓器占很大比重,消耗無功約占無功負(fù)荷的80%—90%。2)非線性負(fù)荷的接入,如：電氣化鐵路,負(fù)荷的快速變化引起電壓波動(dòng)和閃變導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不良,不能滿足用戶對(duì)電壓質(zhì)量的要求。

一、原有裝置存在的問題

黑岱溝變電站35KV系統(tǒng)安裝有SVC,容量為13000k Var、6KV系統(tǒng)安裝兩套電容補(bǔ)償裝置,容量分別為3000k Var。隨著黑礦、哈礦兩礦及選煤廠等生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,無功補(bǔ)償裝置提供的無功不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)要求。同時(shí),黑岱溝變電站35KV SVC電容器為固定投切,無法隨著負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié),由于電壓異常、其他設(shè)備跳閘產(chǎn)生過電壓或低電壓,導(dǎo)致SVC經(jīng)常跳閘,常有硅擊穿,更換數(shù)目較多,導(dǎo)致高成本運(yùn)行,不但給運(yùn)行及檢修人員帶來了不便,而且影響生產(chǎn)。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)荷小時(shí),過補(bǔ)償引起系統(tǒng)電壓異常升高,需要退出SVC或頻繁調(diào)節(jié)變壓器的分接頭開關(guān)來降低電壓,給運(yùn)行人員和調(diào)度值班員帶來極大的不便；而負(fù)荷高峰期時(shí),電容補(bǔ)償容量又不夠,功率因數(shù)較低,導(dǎo)致電壓異常降低,黑礦、哈礦兩礦的部分設(shè)備由于電壓不滿足需要,導(dǎo)致設(shè)備無緣無故的停產(chǎn),影響生產(chǎn),只能投入所有無功補(bǔ)償裝置及再次提高分接頭開關(guān)次數(shù)來提高電壓,保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。同時(shí)低功率因數(shù)負(fù)載從系統(tǒng)吸收大量無功功率,增加了線損和變壓器的損耗。

二、無功補(bǔ)償裝置選擇方案比選

在進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置選擇過程中提出了兩種方案,一是使用35KV TCR靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置(SVC),二是使用35KV靜止型無功發(fā)生器(SVG),并對(duì)兩種方案進(jìn)行了對(duì)比,選出給黑礦、哈礦及選煤廠生產(chǎn)提供無功的合理方案。

1.選擇使用35KV TCR靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置(SVC)。根據(jù)黑礦和哈站及選煤廠等其他用戶生產(chǎn)需要,在黑岱溝變電站35k V和6k V電壓在負(fù)荷高峰和低谷運(yùn)行方式下,投退SVC、電容器及調(diào)節(jié)分接頭開關(guān),進(jìn)行調(diào)節(jié)。負(fù)荷高峰時(shí),投入35 k V SVC和兩臺(tái)6k V電容器,35KV電壓仍不滿足生產(chǎn)條件,根據(jù)需要必須調(diào)高變壓器的分節(jié)頭開關(guān)位置,來調(diào)節(jié)35k V電壓直至滿足生產(chǎn)要求。在負(fù)荷低谷時(shí),調(diào)節(jié)電壓分接頭,滿足35KV電壓允許電壓偏差范圍時(shí),必須退出SVC,這樣的情況每天都會(huì)發(fā)生,每天調(diào)節(jié)變壓器的,這樣降低變壓器的分接頭開關(guān)使用壽命和SVC晶閘管的使用壽命,導(dǎo)致SVC經(jīng)常跳閘,不能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.選擇使用35KV靜止型無功發(fā)生器(SVG)。SVG靜止無功發(fā)生器采用可關(guān)斷電力電子器件(IGBT)組成自換相橋式電路,經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流。迅速吸收或者發(fā)出所需的無功功率,實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的。作為有源型補(bǔ)償裝置,不僅可以跟蹤沖擊型負(fù)載的沖擊電流,而且可以對(duì)諧波電流也進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。

SVG的功能：

(1)提高線路輸電穩(wěn)定性；(2)維持受電端電壓,加強(qiáng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；(3)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率,提高功率因數(shù)；1)當(dāng)電網(wǎng)處于感性時(shí),SVG發(fā)出容性電流,抵消與之相反的無功電流；2)當(dāng)電網(wǎng)處于容性時(shí),SVG發(fā)出感性電流,抵消與之相反的無功電流。(4)抑制電壓波動(dòng)和閃變；(5)抑制三相不平衡。

與SVC相比,SVG在以下幾方面優(yōu)于SVC：

一、工作原理不同

(1)SVC可以被看成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的無功源。根據(jù)接入電網(wǎng)的需求,它可以向電網(wǎng)提供容性無功,也可以吸收電網(wǎng)多余的感性無功,把電容器組通常是以濾波器組接入電網(wǎng),就可以向電網(wǎng)提供無功,當(dāng)電網(wǎng)并不需要太多的無功時(shí),這些多余的容性無功,就由一個(gè)并聯(lián)的電抗器來吸收。電抗器電流是由一個(gè)可控硅閥組控制,借助于對(duì)可控硅觸發(fā)相角的調(diào)整,就可以改變流過電抗器的電流有效值,從而保證SVC在電網(wǎng)接入點(diǎn)的無功量正好能將該點(diǎn)電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi),起到電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

(2)SVG以大功率電壓型逆變器為核心,通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制交流側(cè)電流的幅值和相位,迅速吸收或發(fā)出所需的無功功率,實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功功率的目的。

二、響應(yīng)速度快

一般SVC的響應(yīng)速度是20—40ms；而SVG的響應(yīng)速度不大于5ms,能更好的抑制電壓波動(dòng)和閃變,在相同的補(bǔ)償容量下,SVG對(duì)電壓波動(dòng)和閃變的補(bǔ)償效果最好。三、低電壓特性好

SVG具有電流源的特性,輸出容量受母線電壓的影響很小。這一優(yōu)點(diǎn)使SVG用于電壓控制時(shí)具有很大的優(yōu)勢,系統(tǒng)電壓越低,越需要?jiǎng)討B(tài)無功調(diào)節(jié)電壓,SVG的低電壓特性好,輸出的無功電流與系統(tǒng)電壓沒有關(guān)系,可以看作是一個(gè)可控恒定的電流源,系統(tǒng)電壓降低時(shí),仍能輸出額定無功電流,具備很強(qiáng)的過載能力；而SVC是阻抗型特性,輸出容量受母線電壓的影響很大,系統(tǒng)電壓越低,輸出無功電流的能力成比例降低,不具備過載能力。因此SVG的無功補(bǔ)償能力與系統(tǒng)電壓無關(guān),而SVC的無功補(bǔ)償能力隨系統(tǒng)電壓的下降線性降低。

四、運(yùn)行安全性能提高

SVC以可控硅調(diào)節(jié)電抗加多組電容作為無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?極容易發(fā)生諧振放大現(xiàn)象,導(dǎo)致安全事故,系統(tǒng)電壓波動(dòng)大時(shí),補(bǔ)償效果受很大影響,運(yùn)行損耗大；SVG配套電容器不需要設(shè)置濾波器組,不存在諧振放大現(xiàn)象,SVG是有源型補(bǔ)償裝置,是采用可關(guān)斷器件IGBT構(gòu)成的電流源裝置,從而避免了諧振現(xiàn)象,運(yùn)行安全性能大大提高。

五、諧波特性

SVC利用可控硅控制電抗器的等效基波阻抗,不僅受到系統(tǒng)諧波影響大,而且自身會(huì)產(chǎn)生大量的諧波,必須配套采用濾波器組,濾除SVC自身產(chǎn)生的諧波含量；SVG采用三電平單相橋技術(shù),單相可輸出5電平電壓波形,采用載波移相的脈沖調(diào)制方法,不僅受系統(tǒng)諧波影響小,還可以抑制系統(tǒng)的諧波。與SVC相比,SVG采用多重化、多電平或脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)等措施后,大大減少了補(bǔ)償電流中的諧波含量。

六、占地面積小

在相同的補(bǔ)償容量下,SVG的占地面積比SVC的減少1/2到2/3。由于SVG使用的電抗器和電容器比SVC少,因此大大縮小了裝置的體積和占地面積；SVC中的電抗器不僅本身體積比較大,而且考慮到相互間的安裝間隔,整體占地面積較大。

綜上所述,根據(jù)黑岱溝變電站每天電壓、有功功率和無功功率等數(shù)據(jù),在各個(gè)廠家和其他SVG使用單位的考察,結(jié)合黑礦和哈礦及選煤廠生產(chǎn)的需求,綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)兩方面要求。決定在黑岱溝變電站加裝三套靜止無功發(fā)生器(SVG),分別為一套35k V SVG裝置、兩套6k V SVG裝置,取代原有的35KV TCR靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)和6KV VFC無功補(bǔ)償濾波裝置?，F(xiàn)35k V SVG裝置安裝容量為21000k Var,6k V SVG裝置安裝總?cè)萘?2000k Var,每套安裝容量為6000k Var。

三、SVG裝置應(yīng)用結(jié)果

在黑岱溝變電站投入使用35k V、6k V靜止無功發(fā)生器(SVG)前,將全部設(shè)置為恒電壓模式(35k V設(shè)置為36k V,6k V設(shè)置為6k V)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。把SVG全部投入,35KV系統(tǒng)電壓非常穩(wěn)定,電壓恒定在設(shè)定范圍之內(nèi),給兩礦及其他用戶提供穩(wěn)定電壓,保證生產(chǎn)生活用電質(zhì)量,變壓器分級(jí)頭調(diào)節(jié)次數(shù)從以前一個(gè)月200多次到現(xiàn)在每個(gè)月0次,大大提高變壓器分接頭開關(guān)使用壽命。也減少了無功補(bǔ)償裝置檢修次數(shù),降低運(yùn)行成本。由于黑岱溝變電站使用的SVG無功補(bǔ)償裝置比較成功,公司還準(zhǔn)備在其他變電站安裝使用。

四、SVG裝置在未來供電企業(yè)中起的作用和前景

SVG裝置可以應(yīng)用到10—35k V輸電系統(tǒng)中,可以快速準(zhǔn)確進(jìn)行容性及感性無功補(bǔ)償,在穩(wěn)定母線電壓、提高功率因數(shù)的同時(shí),徹底、方便地解決了無功倒送問題。SVG成為改善供電質(zhì)量的最有效方法。應(yīng)用在很多領(lǐng)域例如：配電系統(tǒng)變電站、輸電系統(tǒng)的樞紐變電站、電氣化鐵路牽引變電站、風(fēng)場的無功補(bǔ)償。綜上所述,SVG無功補(bǔ)償裝置由于響應(yīng)速度快、諧波含量少、無功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可以大大改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量,目前已成為無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。