靜止無功發生器(SVG)在供電企業中的應用

樊昕甲

神華準能供電公司 內蒙古 鄂爾多斯 010399

前言

隨著社會經濟高速的發展,科技水平的提高,大型企業對供電質量有了更高的要求。為了提高供電質量,供電企業引進了不同種類的無功補償裝置,例如：電容器、靜止無功補償裝置和近年來發展起來的靜止無功發生器。

電壓是衡量電能的一個重要指標,質量合格的電壓能保證生產穩定運行,而系統中運行電壓取決于無功功率的平衡,因此無功功率補償對電力系統電壓質量的評估起著決定性的作用。

目前,我國供電企業中存在著嚴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)企業電壓質量不高,由于電力負荷中電動機和中小容量變壓器占很大比重,消耗無功約占無功負荷的80%—90%。2)非線性負荷的接入,如：電氣化鐵路,負荷的快速變化引起電壓波動和閃變導致設備運行不良,不能滿足用戶對電壓質量的要求。

一、原有裝置存在的問題

黑岱溝變電站35KV系統安裝有SVC,容量為13000k Var、6KV系統安裝兩套電容補償裝置,容量分別為3000k Var。隨著黑礦、哈礦兩礦及選煤廠等生產規模不斷擴大,無功補償裝置提供的無功不能滿足現在生產要求。同時,黑岱溝變電站35KV SVC電容器為固定投切,無法隨著負荷的變化而自動調節,由于電壓異常、其他設備跳閘產生過電壓或低電壓,導致SVC經常跳閘,常有硅擊穿,更換數目較多,導致高成本運行,不但給運行及檢修人員帶來了不便,而且影響生產。當出現負荷小時,過補償引起系統電壓異常升高,需要退出SVC或頻繁調節變壓器的分接頭開關來降低電壓,給運行人員和調度值班員帶來極大的不便；而負荷高峰期時,電容補償容量又不夠,功率因數較低,導致電壓異常降低,黑礦、哈礦兩礦的部分設備由于電壓不滿足需要,導致設備無緣無故的停產,影響生產,只能投入所有無功補償裝置及再次提高分接頭開關次數來提高電壓,保證生產正常運行。同時低功率因數負載從系統吸收大量無功功率,增加了線損和變壓器的損耗。

二、無功補償裝置選擇方案比選

在進行無功補償裝置選擇過程中提出了兩種方案,一是使用35KV TCR靜止型動態無功補償濾波裝置(SVC),二是使用35KV靜止型無功發生器(SVG),并對兩種方案進行了對比,選出給黑礦、哈礦及選煤廠生產提供無功的合理方案。

1.選擇使用35KV TCR靜止型動態無功補償濾波裝置(SVC)。根據黑礦和哈站及選煤廠等其他用戶生產需要,在黑岱溝變電站35k V和6k V電壓在負荷高峰和低谷運行方式下,投退SVC、電容器及調節分接頭開關,進行調節。負荷高峰時,投入35 k V SVC和兩臺6k V電容器,35KV電壓仍不滿足生產條件,根據需要必須調高變壓器的分節頭開關位置,來調節35k V電壓直至滿足生產要求。在負荷低谷時,調節電壓分接頭,滿足35KV電壓允許電壓偏差范圍時,必須退出SVC,這樣的情況每天都會發生,每天調節變壓器的,這樣降低變壓器的分接頭開關使用壽命和SVC晶閘管的使用壽命,導致SVC經常跳閘,不能穩定運行。

2.選擇使用35KV靜止型無功發生器(SVG)。SVG靜止無功發生器采用可關斷電力電子器件(IGBT)組成自換相橋式電路,經過電抗器并聯在電網上,適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側電流。迅速吸收或者發出所需的無功功率,實現快速動態調節無功的目的。作為有源型補償裝置,不僅可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流,而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。

SVG的功能：

(1)提高線路輸電穩定性；(2)維持受電端電壓,加強系統電壓穩定性；(3)動態補償電網無功功率,提高功率因數；1)當電網處于感性時,SVG發出容性電流,抵消與之相反的無功電流；2)當電網處于容性時,SVG發出感性電流,抵消與之相反的無功電流。(4)抑制電壓波動和閃變；(5)抑制三相不平衡。

與SVC相比,SVG在以下幾方面優于SVC：

一、工作原理不同

(1)SVC可以被看成是一個動態的無功源。根據接入電網的需求,它可以向電網提供容性無功,也可以吸收電網多余的感性無功,把電容器組通常是以濾波器組接入電網,就可以向電網提供無功,當電網并不需要太多的無功時,這些多余的容性無功,就由一個并聯的電抗器來吸收。電抗器電流是由一個可控硅閥組控制,借助于對可控硅觸發相角的調整,就可以改變流過電抗器的電流有效值,從而保證SVC在電網接入點的無功量正好能將該點電壓穩定在規定范圍內,起到電網無功補償的作用。

(2)SVG以大功率電壓型逆變器為核心,通過調節逆變器輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制交流側電流的幅值和相位,迅速吸收或發出所需的無功功率,實現快速動態調節無功功率的目的。

二、響應速度快

一般SVC的響應速度是20—40ms；而SVG的響應速度不大于5ms,能更好的抑制電壓波動和閃變,在相同的補償容量下,SVG對電壓波動和閃變的補償效果最好。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。這一優點使SVG用于電壓控制時具有很大的優勢,系統電壓越低,越需要動態無功調節電壓,SVG的低電壓特性好,輸出的無功電流與系統電壓沒有關系,可以看作是一個可控恒定的電流源,系統電壓降低時,仍能輸出額定無功電流,具備很強的過載能力；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的無功補償能力與系統電壓無關,而SVC的無功補償能力隨系統電壓的下降線性降低。

四、運行安全性能提高

SVC以可控硅調節電抗加多組電容作為無功補償的主要手段,極容易發生諧振放大現象,導致安全事故,系統電壓波動大時,補償效果受很大影響,運行損耗大；SVG配套電容器不需要設置濾波器組,不存在諧振放大現象,SVG是有源型補償裝置,是采用可關斷器件IGBT構成的電流源裝置,從而避免了諧振現象,運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,不僅受到系統諧波影響大,而且自身會產生大量的諧波,必須配套采用濾波器組,濾除SVC自身產生的諧波含量；SVG采用三電平單相橋技術,單相可輸出5電平電壓波形,采用載波移相的脈沖調制方法,不僅受系統諧波影響小,還可以抑制系統的諧波。與SVC相比,SVG采用多重化、多電平或脈寬調節技術等措施后,大大減少了補償電流中的諧波含量。

六、占地面積小

在相同的補償容量下,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,根據黑岱溝變電站每天電壓、有功功率和無功功率等數據,在各個廠家和其他SVG使用單位的考察,結合黑礦和哈礦及選煤廠生產的需求,綜合考慮經濟、技術兩方面要求。決定在黑岱溝變電站加裝三套靜止無功發生器(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靜止型動態無功補償裝置(SVC)和6KV VFC無功補償濾波裝置。現35k V SVG裝置安裝容量為21000k Var,6k V SVG裝置安裝總容量12000k Var,每套安裝容量為6000k Var。

三、SVG裝置應用結果

在黑岱溝變電站投入使用35k V、6k V靜止無功發生器(SVG)前,將全部設置為恒電壓模式(35k V設置為36k V,6k V設置為6k V)系統進行自動調節。把SVG全部投入,35KV系統電壓非常穩定,電壓恒定在設定范圍之內,給兩礦及其他用戶提供穩定電壓,保證生產生活用電質量,變壓器分級頭調節次數從以前一個月200多次到現在每個月0次,大大提高變壓器分接頭開關使用壽命。也減少了無功補償裝置檢修次數,降低運行成本。由于黑岱溝變電站使用的SVG無功補償裝置比較成功,公司還準備在其他變電站安裝使用。

四、SVG裝置在未來供電企業中起的作用和前景

SVG裝置可以應用到10—35k V輸電系統中,可以快速準確進行容性及感性無功補償,在穩定母線電壓、提高功率因數的同時,徹底、方便地解決了無功倒送問題。SVG成為改善供電質量的最有效方法。應用在很多領域例如：配電系統變電站、輸電系統的樞紐變電站、電氣化鐵路牽引變電站、風場的無功補償。綜上所述,SVG無功補償裝置由于響應速度快、諧波含量少、無功調節能力強等優點,可以大大改善電網的電能質量,目前已成為無功補償技術的發展方向。