混合型SVG系統在非線性負載臺區中的應用

黃權飛，張沖標

（國網浙江嘉善縣供電有限公司，浙江 嘉善 314100）

混合型SVG系統在非線性負載臺區中的應用

黃權飛，張沖標

（國網浙江嘉善縣供電有限公司，浙江 嘉善 314100）

針對農村電網公變非線性負載臺區的無功現狀和傳統電容補償方式及其存在的問題，介紹了混合型SVG的結構、原理，指出了混合SVG電容補償的優點，并以此為基礎對沖擊性、非線性負載臺區提出了提高供電質量的改造方案。以混合型SVG系統在嘉善縣農網非線性負載臺區南西港臺區的應用為例，通過現場的實際應用表明能大幅提高用戶的供電質量。

SVG；非線性負載臺區；電壓無功；電能質量

隨著社會經濟的迅猛發展，農村配電網的運行特點也相應發生了改變。嘉善縣配電網的部分特性為：同一公變臺區內普通居民用電以及大量的沖床、小五金工業低壓用戶用電并存，其中小五金工業低壓用戶用電設備為沖擊性、非線性負載，在工作過程中易產生高次諧波反饋到主線路，由此造成臺區供電電能質量下降，無功難以就地平衡、線路無功流動增大，相鄰地區或不同電壓層間無功穿越增多，導致配變過載以及居民用戶的低電壓，同時大量的諧波上送到上級電網會危及設備和電網安全運行。

為研究農網配電網中非線性沖擊負荷下配變臺區的電能質量的控制，以嘉善縣電網典型的西塘鎮新勝村南西港臺區為試點，研究應用混合型SVG（靜止無功發生器）的可行性。

1 配電臺區電能質量分析

1.1 配變臺區無功補償現狀

通過現場的排查調查發現，農村電網配電臺區傳統電容補償柜的投切開關大部分為接觸器、少量為可控硅和無限流電抗器。這些傳統電容補償柜已經無法滿足臺區配電網的無功補償需求，普遍存在問題：

（1）部分臺區傳統電容補償柜處于未自動投切使用狀態，沒有給供配電運行帶來經濟效益。

（2）部分臺區傳統電容補償柜投入后倒送容性無功，尤其是在節假日期間加劇線路容性無功冗余，期間需要大量人力通過人工切除電容柜，造成了不必要的人力物力浪費。

（3）傳統電容補償柜為分級投切，無法實現連續補償，功率因數補償精度不高。特別是小五金工業低壓用戶的非線性沖擊性負載所帶來的系統無功變化較快，傳統電容補償柜跟不上無功變化需求，造成長期處于過補或欠補，增加了配電網損耗。

（4）電力電容器每年的容量均會有所下降，重度諧波污染環境下更為嚴重。電容器運行年限過長使容量過低，將會影響補償效果，而且隨著介質的惡化，其可靠性也會隨之降低。

1.2 南西港臺區供電質量分析

嘉善縣西塘鎮新勝村南西港臺區變壓器容量為160 kVA，無功補償容量為60 kvar，用電負荷在10～150 kVA區間波動，共接有61戶用戶。其中：工業27戶、居民照明33戶、排灌1戶。其中工業用戶多為有多個沖床、小五金、鐵場等沖擊非線性低壓工業負荷用戶。表1為臺區工業用戶清單。

表1 西塘鎮新勝村南西港臺區工業用戶

通過臺區實際運行分析發現，非線性用戶負荷的畸變率大，短時沖擊電流大，具有時間短、變化快等特點，對電網產生很大的沖擊。實測了現場的電流和電壓波形如圖1所示。

對電流和電壓波形跟蹤分析發現，負載電流大小劇烈變化是由臺區小工業生產設備從空載到滿載過程中功率的變化所引起，如圖1（a）所示負載變化時間在ms級。由于這些非線性的沖擊性生產設備使用并無周期性，對臺區的無功補償提出了更高的要求。

檢測臺區功率因數變化情況如圖2，臺區功率因數在0.1～0.8跳變，長期考核不合格。正是由于功率因數低下，大大影響了臺區變壓器的有功帶載容量。

為進一步分析功率因數的變化過程，從配變終端系統中抽取了臺區配變15 min功率因數數據以及日功率因數數據，如圖3—4所示。

圖1 實測電流電壓波形

圖2 功率因數變化

從圖3的15 min功率因數數據分析，功率因數在0.2～0.9跳變，日合格率僅為17.7%，高峰、低谷均存在突變現象，且功率因數均很低；隨著負載電流的跳變，功率因數變化均較快。

圖3 15 min功率因數

圖4 日功率因數

從圖4的日功率因數數據分析，功率因數大部分處于0.65左右浮動，日功率因數合格率僅為29%，相對節假日期間，負荷較輕時功率因數較高。

由于臺區功率因數躍變較快，無功缺額較大，而常規電容器的無功投切裝置投切的速度慢，且投切有階梯級差，往往跟不上其負荷的變化，無法進行有效的動態補償，容易出現欠補或過補情況，使得無功補償效果并不明顯。

此外，受沖擊非線性負荷的影響，電流畸變率也較大，電流畸變率為24.9%，不滿足9%的標準要求。由于區非線性負荷的影響，臺區的電容器故障率較高，多次出現電容器以及控制器故障。

綜合南西港臺區電能質量情況：受沖擊性負荷影響，其功率因素長期處于不合格狀態，引起無功設備頻繁投切，導致電容器故障，同時大量的無功損耗，配變存在超過載風險；非線性負荷所引起的電流畸變，對電網產生諧波污染，影響正常供電質量，極易造成電容器的損壞。

面對嘉善西塘鎮新勝村南西港臺區無功補償面臨的系列問題，選擇了混合型SVG以解決無功補償的問題。

2 混合型SVG系統

SVG是由全控型電力電子器件組成的動態無功補償的裝置，其基本接線如圖5。將自換相橋式電路通過電抗器直接并聯在電網上，適當地調節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，使該電路主動吸收或者發出滿足要求的無功電流，從而實現動態連續無功補償。

圖5 SVG接線

如果將SVG與電容器補償單元（FC）兩部分，由中央控制單元進行統一調配、有效控制（如圖6所示），就形成一套新的混合型SVG系統，在進行動態連續無功補償的同時考慮系統運行經濟性，以此達到高效無級差的無功補償和改善電能質量的目標。

圖6 混合SVG系統工作原理

SVG部分完全響應時間≤15 ms，實時跟蹤電網及負載相位，無級差線性連續輸出無功，精度高、響應快，補償精度大幅提升。

由專用控制器控制單元電容器的投切開關，在系統需求無功量小于電容柜內單組電容器的補償容量時，控制器切除所有電容器，SVG自身輸出高精度無功電流；當檢測到快速無功變化時，SVG將首先進入補償狀態，待無功平穩后，再逐組投入電容器。解決了電容補償跟不上劇烈變化的無功過/欠補償的問題。

3 混合SVG系統的應用

3.1 混合SVG系統的接線

針對南西港臺區負荷和現場情況，改造現有電容柜，增設SVG設備，電容柜的運行由SVG的中央控制器統一協調。考慮SVG的補償精度高，同時具備分相補償功能，更改了電容器的投切方式。直接將電容補償控制信號接入到SVG中央控制器，由SVG統一控制電容投切。

為實現臺區功率因數達到0.85以上的考核要求，無功缺額將達到160 kvar左右，從經濟性和有效性角度出發，采用2臺50 kvar的SVG以及60 kvar固定式電容器混合補償方式。

SVG采用壁掛式安裝，圖7為南西港臺區現場改造后混合SVG系統的接線。

圖7 現場混合SVG系統接線

混合SVG系統投入穩定運行后進行數據測試，記錄了運行時電流波形，如圖8所示。通過波形圖得出，SVG能夠實時動態的跟蹤負載無功電流變化，在負載快速變化時，能夠迅速響應，并輸出無功電流。

圖8 南溪港臺區SVG系統運行時波形

3.2 運行調整

SVG配合控制電容器補償穩定運行，在額定容量滿足的情況下，補償后功率因數大部分提高到0.85以上，由于現場負載的影響，SVG在現場運行后主要遇到以下問題：

（1）由于電網電壓偏高，負載電流沖擊頻繁等原因，導致設備頻繁報過流、直流過壓提示信息，引起SVG過壓保護動作頻繁，短時進入待機狀態，無法進行補償。

（2）當電網電壓超過SVG能輸出的電壓時，會出現無功往SVG回流的現象。從后臺統計的數據中發現，存在補償后電網功率因數反而低于負載功率因數的現象，觀察可發現，出現這種情況時，電網電壓往往偏高，過高的電網電壓使無功電流往SVG方向回流，導致功率因數降低。

針對SVG上述運行遇到的問題，對SVG的控制輸出部分以及保護系統軟件進行了改進，提高設備內IGBT開關頻率運行參數定值、修改SVG與電容器配合控制軟件以及保護軟件。

3.3 應用效果

混合SVG系統在南西港臺區現投入運行后，能夠實時動態的跟蹤負載無功電流變化，在負載快速變化時，能夠迅速響應，并輸出相應的無功電流。經過混合SVG系統補償后的功率因數均在0.9以上，達到功率因數0.85以上的考核要求。

（1）通過采樣配變終端系統南西港臺區15 min及日功率因數數據，對比補償前后功率因數的變化如圖9—10所示。

對比情況：補償后15 min功率因數合格率由17.7%提升至100%，最低為0.93，其中0.95以上達到94.8%；日功率因數合格率由29%提升至100%，其中功率因數達到1的占比90.3%。

（2）補償后由于無功功率減少，視在功率明顯減少；平均負載率由原26.04%下降至12.66%，最高負載率由原72.77%下降至39.91%。

（3）取樣補償前后電網電流波形，如圖11—12所示。電流畸變率由補償前的24.9%下降至7.6%，滿足9%的標準要求。

混合SVG系統應用后，配電網功率因數大幅提高到0.93以上，電能質量得到了提高，同時配變的負荷大幅下降，節約了配變資源。實踐表明，通過對非線性負載臺區引入混合型SVG系統動態實時補償電容，臺區的供電質量改善效果明顯，達到了預期的目標。

圖9 補償前后的15 min功率因數對比

圖10 補償前后的日功率因數對比

4 結語

針對低壓非線性負載臺區，混合SVG系統利用正反無功補償以及抑制諧波的功能，發揮其快速、動態響應的優點，及時滿足快速變化的無功補償需求，能有效控制沖擊性負載帶來的功率因數突變，減少電流畸變對配變的影響，提高了用戶的供電質量，保證了配電網供電的穩定性。SVG設備為模塊化結構設計，可方便的安裝于電容補償柜柜內，也可以應用于臺區戶外柱上變壓器的無功補償。

圖11 補償前的電流波形

圖12 補償后的電流波形

[1]高頌九.靜止無功補償發生器在變電站的運行分析[J].浙江電力，2012（6）:17-20.

[2]江少成，常宇.幾種靜止型動態無功補償（SVC）裝置的性能及應用場合分析[J].浙江電力，2009（5）:32-36.

（本文編輯：楊 勇）

Application of Hybrid SVG System in the Nonlinear Load Area

HUANG Quanfei，ZHANG Chongbiao
（State Grid Jiashan Power Supply Company，Jiashan Zhejiang 314100，China）

Based on status quo of reactive power in nonlinear load area of common transformer in rural power networks and conventional capacitance compensation mode as well as its problems，the paper introduces the structure and principle of hybrid SVG device and points out the advantages of hybrid SVG device capacitance compensation.On this basis，reconstruction scheme and suggestions are proposed for the impact and nonlinear load areas to improve the power supply quality.By taking the application of hybrid SVG device in Nanxigang nonlinear load area of Jiashan county as an example，the paper，through field application of the device，shows that the device can greatly improve power supply quality.

SVG；nonlinear load area；reactance voltage；power quality

TM714.3

B

1007-1881（2016）06-0021-05

2015-09-11

黃權飛（1981），男，助理工程師，從事電力生產運行管理工作。