SVG無功補償裝置在電力系統中的應用探討

SVG無功補償裝置在電力系統中的應用研究

    隨著大量非線性電力負荷諧波源在電力系統中的使用，不僅惡化了配電網供電電能質量，同時還降低了配電網供電可靠性。文章在分析了SVG無功發生器的工作原理和功能作用后，結合工程實例，對SVG在電力系統中應用的技術要點進行了詳細分析研究。

　　大功率電力電子設備在運行過程中，除了要消耗大量有功功率外，還需要吸收大量的沖擊性無功功率，這樣就會引起配電網系統發生低功率因數、電壓波動與閃變、諧波、以及三相不平衡等問題，不僅使配電網供電電能質量逐步惡化，同時諧波還會引起配電網保護控制系統發生“拒動”、“誤動”等不利情況發生，降低配電網供電可靠性。在存在大量諧波分量的配電網系統中，進行無功補償和諧波治理是非常必要中。因此,將基于柔性交流輸電技術的靜止無功補償裝置(SVG)應用到配電網中，進行電力系統無功功率的補償和諧波治理，對提高配電網供電電能質量和供電可靠性，就顯得非常有無功補償與諧波治理實踐應用研究意義。

1、SVG無功發生器的工作原理

　　交流電能在通過實際電力負荷消耗過程中，由于電力負荷不可能是純容性或純感性原因，這樣就會導致負荷運行過程中，有相當一部分電能在不做功的情況下被消耗掉，進而使配電網系統中無功功率容量不斷降低，供電電能功率因素值降低。因此，需要對配電網系統中的電能功率因素進行補償，這便是靜止無功發生器（Static Var Compensator,SVG）需要完成的無功補償任務。SVG無功發生器是配電網中滿足無功快速準確可靠補償、減少諧波電流的無功補償及諧波治理裝置。SVG無功發生器的基本工作原理是將自換相橋式變流電路經電抗或直接并聯到配電網系統中，通過內部智能控制單元運行分析獲得無功補償策略，自動自適應的調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值（電壓型無功補償裝置），或直接控制SVG裝置交流側電流（電流型無功補償裝置），就可以使該變流電路吸收或者發出滿足配電網動態調節要求的無功容量，實現對配電網無功的動態補償和諧波治理作用。SVG無功發生器的主電路如圖1所示：

2、SVG在電力系統中的應用

　　2.1 工程概況

　　某11OkV電力系統中A變電站主要為該區域冶煉企業提供電能，工業負荷約占65%。因為工業負荷較大，其晝夜負荷波動較大，據歷史運行數據可知，該區域最大電力負荷約12.8萬kw（為夜間低谷時間，由于工業企業普遍采取低谷時段低費率用電模式），而在白晝時段其最小負荷僅為6.9萬kw，峰谷差5.9萬kW。另外，由于該區域工業負荷中非線性負荷容量較大，諧波注入到配電網中導致嚴重污染，曾多次發生10kV線路I母和II母側發生補償電容器燒毀、以及配電網繼電保護“誤動”、“誤動”等事故，嚴重影響到供電電能質量水平和供電可靠性。110kV變電站10kV側線路在夜間集中用電時段，其母線電壓畸變率高達6.7%，超出標稱電壓10kV配電網的國家規定的4%限值標準，且諧波電流分量也達到基波電流的7.5%，10kV配電網線損相當高。在110kV主變壓器處于50%負載率工況下，10kV側配電網中5次、7次、11次諧波電流嚴重超標，其中7次諧波電流超標約2倍，所需補償總諧波電流為27.05A。

2.2 SVG補償容量計算

　　考慮預留20%的富裕量，即需補償32A總諧波電流，因此I母和II母兩段10kV母線側進行諧波治理需要補償的無功容量為：

　　SVG無功發生裝置在實際運行過程中，裝置僅提供恒無功和負荷補償兩種運行方式。如果采取恒無功運行方式，則10kV配電網調度運行時所需設定的無功值不應超出SVG裝置能夠提供的額定容量值，即無功容量為負的裝置額定容量至正的裝置額定容量間進行無功動態補償;在負荷動態補償方式下，用戶可以根據需求側電力負荷實際情況選擇SVG自動無功補償配置及保護項，以充分利用SVG裝置容量自動調節控制策略有效改善10kV配電網的供電電能質量。另外，在計算SVG裝置無功補償容量時，不僅要考慮10kV配電網基波無功補償容量，同時還要考慮在容量范圍內補償配電網中存在的諧波分量，對配電網諧波進行有效治理，有效提高供電電能質量水平。根據統計計算，知I母和II母需要補償的無功容量分別為3.6MVA和3.9MVA。因此，I母和II母分別選用的SVG無功發生器裝置計算所需容量為：3.6+0.57/2=3.85MVA，取SVG無功發生器補償容量為±4 Mvar，同理II母SVG無功發生裝置的補償容量也取為±4Mvar。

2.3 應用效果分析

　　在該110kV變電站10kV側I母和II母上分別配置±4Mvar的SVG無功發生器裝置，經調試投運后，10kV側I母和II母的母線電壓畸變率、諧波電流均處于合格范圍內，其中電壓畸變率由補償前的6.7%有效降到2.8%，能夠滿足10kV公用電網諧波電壓限值4%的要求，補償效果十分明顯。

3、結束語

　　SVG無功發生器能從配電網中吸收或輸送連續可調的無功功率，從而有效提高配電網的無功容量的平衡能力，穩定了供電電壓水平，降低了配電網線損，提高了電力系統供電電能質量水平和供電可靠性。隨著以電力電子元器件為核心的大功率電氣設備在配電網系統中的使用，SVG無功發生器良好的無功動態補償和諧波治理功能，必將在電力系統中的得到廣泛的推廣應用。