基于SVG電能質量綜合控制研究

覃日升,李敬賓,魏承志

(1.云南電網公司電力研究院,昆明 650217；2.云南電網公司迪慶供電局,云南 迪慶 674400)

基于SVG電能質量綜合控制研究

覃日升1,李敬賓2,魏承志1

(1.云南電網公司電力研究院,昆明 650217；2.云南電網公司迪慶供電局,云南 迪慶 674400)

針對諧波、閃變、負序等綜合治理問題,提出一種SVG綜合控制策略,實現了星型接線的SVG同時用于諧波電流、電壓閃變及負序電流的綜合治理,并將該方法成功應用于典型變電站和云南智能微網示范工程電能質量綜合治理。

諧波；負序；SVG

1 前言

某110 kV變電站接入沖擊性非線性用戶,給電能質量造成了嚴重的影響,主要表現為3、5、7次諧波電流嚴重超標,電壓波動較大,已嚴重危及到電網的安全穩定及經濟運行。需要采用經濟、合理的方法對該變電站電能質量進行綜合治理。當前,應用于高壓系統電能治理的設備主要有無源濾波器 (FC)、靜止無功補償器SVC(FC +TCR,FC+MCR)、動態無功補償裝置SVG。其中,FC多為單調諧濾波器,補償基波無功及濾除諧波,SVC采用三角形接線方式,平衡三相無功,兩者結合實現無功補償、濾除諧波、抑制閃變或負序電流功能[1-2]。TCR功率損耗包括控制電抗器和晶閘管損耗,前者近似與支路電流的平方成正比,后者近似與支路電流成正比。總體來說,TCR功率損耗一般為安裝容量2%～4%。同時,因其在調整過程產生諧波、響應時間相對較慢等原因,隨著SVG技術的發展,SVC在電網中逐漸被SVG代替。

SVG應用于電網電能質量綜合治理,主要集中在無功動態補償,諧波,閃變[1]。基于星性接線方式的SVG應用于負序治理,還處在探索階段,部分文獻探討了SVG的負序檢測方法[2]。

針對110 kV四街變電站電能質量污染現狀,研究了基于復合控制方法的SVG技術,探討開展了高壓系統電能質量綜合治理研究,研究其具有的優點和缺點。為后續類似工程的開展提供借鑒。

2 瞬時功率理論檢測電流

2.1 檢測無功和諧波電流

三相瞬時功率理論由赤木泰文提出以來,經過多年的發展,目前逐漸探索應用到工程無功補償和諧波治理項目中。其中,該理論應用于無功電流和諧波電流檢測過程,如圖1所示。

圖1 瞬時功率原理檢測無功和諧波電流框圖

在圖1中,A相電壓經過鎖相環節,生成同相位的正弦和余弦信號。兩者合成構成C信號矩陣。圖中,

諧波電流檢測原理由圖2所示,三相電流經正交變換、C矩陣合成得到瞬時有功電流ip和瞬時無功電流iq。兩信號經低通濾波器,得到直流分量這兩信號對應基波有功和無功電流分量。兩電流信號經反變換,最終得到三相基波電流iaf,ibf,icf。該信號與原信號相減可得到諧波電流信號ian,ibn,icn。

2.2 負序電流檢測方法

當前,在工程上對負序電流的治理主要采用SVC。SVC的控制策略基于C.P.steinmetz提出的平衡化補償理論[3]。因SVC在實際運行控制過程中功率損耗較大,限制了其在未來電能質量治理領域的發展。隨著SVG技術的發展,當前在高壓系統中的無功補償及諧波治理方面逐步采用SVG +FC方式代替SVC+FC方式。但在負序電流治理方面還處于探索研究方面[1-4]。為此,本文提出了一種基于瞬時無功理論的負序電流檢測方法,通過工程應用證明其有效性。

圖2 瞬時功率原理檢測負序電流框圖

通常,正序分量在向量圖上,ABC分量為順時針分布,負序分量反之。受此啟發,本文中采用基于瞬時無功理論應用于負序電流檢測方法。如圖2所示。其中,

負序電流檢測原理由圖2所示三相電流經正交變換、C矩陣合成得到瞬時有功電流i-p和瞬時無功電流i-q。兩信號經低通濾波器,得到負序直流分量這兩信號對應基波負序有功和負序無功電流分量。兩電流信號經反變換,最終得到三相基波負序電流i-af, i-bf, i-cf。

3 SVG用于高壓無功和諧波治理

某變電站1號主變35 kV側諧波電流超標；1號主變10 kV側功率因數波動較大、諧波電流和閃變超標。經方案經優化后確定,1號主變35 kV側采用5次單調諧無源濾波方式,安裝容量為14.4 Mvar；10 kV側采用SVG+FC綜合治理方式,安裝容量分別為±6 Mvar和3.15 Mvar。功能方面, ±6 Mvar的SVG濾除1號主變10 kV側5、7、11次諧波電流；在該側加裝一套容量為3.15 Mvar的13次單調諧濾波器用于濾除13次及以上諧波電流；在1號主變35 kV側加裝一套容量為14.4 Mvar的5次單調諧濾波器,濾除35 kV側諧波源產生的5次諧波電流。1#主變35 kV側5次單調諧濾波器投入后,注入系統的5次諧波電流由28 A降至5 A(主變并列運行),5次諧波電壓含有率由1.8%降低至0.1%。

SVG對5、7諧波電流有較好的效果,濾除率均大于90%,對高次諧波效果與SVG的結構及開關頻率有關,本項目中SVG中的IGBT管未采用多重化結構,對高次諧波的濾波效果不太理想, 11次、13次諧波濾除率分別為43%,20.1%；SVG投入后,有效抑制了低次諧波電壓含有率,使10 kV母線諧波電壓總畸變率由投入前的3.6%降至2.5%；SVG能有效抑制10 kV側功率因數波動,使10 kV側功率因數維持在0.985水平。通過上述測試分析可知,隨著該電能質量治理工程的順利投入運行,有效解決了典型變電站諧波污染現狀。

4 SVG應用于負序治理

當前,對負序的治理主要是基于C.P.steinmetz提出的平衡化補償理論。SVC應用該方法對用戶負序治理具有較好的效果,但也帶來了其它問題。其中,最為重要的缺陷是SVC本身作為一個諧波源向系統注入大量的5、7、11次諧波電流,且其運行功率損耗約為額定容量的2%～4%。為了有效解決上述難題,提出了一種基于瞬時無功理論的負序電流檢測方法,并成功應用于諧波和負序治理中。治理效果如圖3、圖4所示。

圖3 智能微網負載結構及負序電流測點示意圖

圖4 SVG治理諧波和負序電流效果

由圖4可知,SVG對3次諧波電流的濾除率達到88%,負序電流的濾除效果達到95%。因此,基于瞬時無功檢測理論,通過對控制策略進行設計,SVG可同時實現對諧波和負序的綜合治理。

5 結束語

針對諧波、負序及無功補償等綜合治理問題,本文提出了基于瞬時無功檢測理論提出了諧波和負序復合控制算法,通過工程實施,證明SVG在未來電能質量治理方面,具有廣泛的推廣前景。

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Research and Application Based on SVG Power Quality Comprehensive Control

QIN Risheng1,LI Jingbin2,WEI Chengzhi1
(1.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217；2.Yunnan Diqing Power Supply Bereau,Diqing,Yunnan 674400)

This paper proposes a method base on SVG comprehensive governance to deal with harmonic,flicker,negative sequence, and other comprehensive governance issues.The method has been applied in substation and smart microgrid successfully.

Harmonic；Negative sequence；SVG

TM85

B

1006-7345(2014)02-0012-03

2014-03-26

覃日升 (1976),男,碩士,四級助理技術專家,高級工程師,云南電網公司電力研究院,主要從事電能質量分析方面的工作和研究工作 (e-mail)jx780531@126.com。