臺變綜合電能質量治理裝置研究

史文江

摘 要 隨著國民經濟的持續快速發展和人民生活水平的提高，為有效提升配電網運維管控能力和供電服務水平，針對傳統補償方法的不足，需要一種高效、快速檢測、快速調節三相不平衡，補償無功和治理低次諧波的設備。采用三電平拓撲結構，以DSP+FPGA數字處理技術作為控制核心，可實現智能化三相不平衡治理、低次諧濾補償，無功補償。該設備可在網內各農網和城網變壓器中進行使用，可有效提高變壓器帶載容量、使變壓器三相平衡，功率因數達到電力要求或超過要求，可減少重復改造和節能的重要意義。研發的平臺系統試點工程得到實際應用，驗證了其良好的運行穩定性和功能完善性。

【關鍵詞】電能質量 三電平 無功補償 諧波治理

1 靜止無功發生器（SVG）的原理

SVG（靜止無功發生器）就是專指由自換相的電力半導體橋式變流器來進行無功補償的裝置。SVG按儲能結構的不同分為兩種：電壓型橋式電路和電流型橋式電路.SVG的基本電路結構如圖1所示。電流型橋式電路需要在輸出端并聯上吸收換相過程中產生的過電壓的電容器；電壓型橋式電路還需要串聯上連接電抗器才可以并網，實際上，由于效率原因目前投入運營的SVG絕大多數是電壓型橋式電路，因此，SVG一般是專指采用自換相的電壓型橋式電路的動態無功補償裝置。

圖1是SVG的原理圖，是電壓型SVG，其中電容是直流側的儲能原件，為SVG提供直流電壓支撐，而交流側的電壓大小、頻率和相位都可以通過控制逆變器的可關斷器件（如GTO、IGBT等）開通和關斷控制。逆變單元的輸出電壓通過連接變壓器變換到系統電壓，使SVG裝置并聯到電力系統中，SVG的整體相當于一個電壓大小可控的電壓源。通過控制SVG的開關器件產生相位和幅值與所需補償量一致的電流注入電力系統從而實現對系統的無功補償。

2 臺變綜合電能質量治理簡介

2.1 三相不平衡補償原理

農城網臺變綜合電能質量治理裝置通過外部專用電流互感器實時感應得到系統電流信號，由檢測電路和控制器計算分析，得到系統三相不平衡度數值及三相平衡轉換電流值，發出指令驅動IGBT模塊投入工作，把不平衡電流從電流偏移量剩余的相轉移到電流偏移量不足的相。

2.2 裝置動態無功補償的實現

農城網臺變綜合電能質量治理裝置通過電流互感器實時采集負載側系統的電流信號，經過控制器計算，當系統功率因數低于設定的功率因數目標值時，裝置發出感性或容性的無功電流，實現動態無功補償目的，使系統達到最佳補償效果。

2.3 諧波濾除原理

通過外部互感器CT 實時采集負載電流信號，通過內部檢測電路分離出其中的無功功率與諧波電流大小，并自適應輸出ZVPWM 信號給IGBT，通過IGBT 逆變出同負載大小相等相位相反電流，實現諧波濾除。

2.4 通訊功能

農城網臺變綜合電能質量治理裝置具有RS485接口和modbus標準接口協議，就地顯示的所有數據信息均能通過通信接口接入監控系統、電能質量監測系統，方便用戶隨時查看設備運行狀況、測量數據和故障報警等信息。

3 總結

基于IGBT配電網臺變綜合電能質量治理系統，其運行穩定性和功能完善性能夠滿足現場實際工作需求。通過項目研究與成果轉化應用，增加配電網的能量傳輸功能，電源設備利用率得到提升。使電源設備容量不變的情況下，顯著改善功率因數、提升線路傳輸功率和電源設備利用率。減小配電網網電源設備容量，節省建設投資。

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作者單位

1.國網內蒙古東部電力有限公司 內蒙古自治區呼和浩特市 010000

2.國網內蒙古東部電力有限公司興安供電公司 內蒙古自治區興安盟烏蘭浩特市 137400endprint