SVG在起動備用電源外部專線上的應(yīng)用分析

文聆安，董 斌

(1.廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司，廣東 惠州 516000； 2.廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516000)

0 引 言

某電廠起動備用電源為外部110 kV鐵塔架空線專線供電，線路全長26 km，由電廠方投資建設(shè)和維護管理，專線電能計量關(guān)口表安裝在對側(cè)變電站內(nèi)，電費結(jié)算以月結(jié)形式，力調(diào)電費按三相總功率因數(shù)值進行計算[1]。

專線有功和無功負(fù)荷主要由架空線路、電廠啟備變、基建變及維護單位生活區(qū)用電組成。啟備變?yōu)?115±8×1.25%)/6.3-6.3/6.3 kV，35/18/18 MVA帶平衡繞組有載調(diào)壓分裂變壓器，該變壓器長時間運行在空載熱備用狀態(tài)，作為機組廠用電失去時，緊急停機的后備電源和檢修電源。基建變?yōu)?110±8×1.25%)/10.5 kV-10 MVA有載調(diào)壓雙繞組變壓器，主要供應(yīng)維護單位生活區(qū)食堂和宿舍用電。整體來講，該專線在大多數(shù)月份中，有功負(fù)荷都處于低谷狀態(tài)，從而帶來功率因數(shù)偏低而產(chǎn)生的力調(diào)電費問題。

1 力調(diào)電費

力調(diào)電費是指電網(wǎng)公司根據(jù)客戶一段時間內(nèi)(如1個月或1年)所使用的有功電量、無功電量來計算其平均功率因數(shù)，并據(jù)此收取的相關(guān)電費。電廠所在地電網(wǎng)公司以功率因數(shù)0.9為標(biāo)準(zhǔn)，功率因數(shù)的獎勵和懲罰規(guī)定如下：每低于標(biāo)準(zhǔn)0.01時，從電費總額罰款0.5%，以此遞增，低于0.7每一級提高到1%，低于0.65每級提高到2%；每高于標(biāo)準(zhǔn)0.01時，從電費總額獎勵0.15%，以此類推，以0.75%封頂[2]。

該電廠專線電費與電網(wǎng)公司按月度計算，2018年1月至2020年3月，月度電費平均值及年度電費數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2018年1月-2020年3月電費結(jié)算數(shù)據(jù)

從表1可以看出，起動備用電源專線的月平均功率因數(shù)為0.18，月平均力調(diào)電費68 202元，年度力調(diào)電費818 424元。

為了避免因功率因數(shù)低引起的力調(diào)電費，電廠方計劃裝設(shè)SVG裝置，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2 SVG工作原理及工作模式

SVG是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。其中，逆變橋由可關(guān)斷的半導(dǎo)體器件IGBT組成，工作中，通過調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT器件的開關(guān)，可以控制直流逆變到交流的電壓幅值和相位，因此，整個裝置相當(dāng)于一個調(diào)相電源。通過檢測系統(tǒng)中所需的無功功率，可以快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功功率，實現(xiàn)無功功率的就地平衡，保持系統(tǒng)實時高功率因數(shù)運行[3]。SVG工作原理如圖1所示。

圖1 SVG工作原理圖

SVG的工作模式如下[4]：

1)空載模式：UI=US，補償電流I=0。

2)容性模式：UI>US，此時SVG的補償電流I超前系統(tǒng)電壓，裝置向系統(tǒng)提供容性無功功率。

3)感性模式：UI

SVG的運行模式及其補償特性如表2所示。

表2 SVG的運行模式及其補償特性

3 SVG接入方式

SVG幾種常規(guī)接入方式有：

1)現(xiàn)場接入點與考核點在一起；

2)現(xiàn)場接入點與考核點不在一起，且都有TV；

3)現(xiàn)場接入點與考核點在一起，只有負(fù)載側(cè)有TA；

4)現(xiàn)場接入點與考核點不在一起，考核點有TV。

該起動備用電源專線在建設(shè)期未設(shè)計將對側(cè)變電站電壓、電流數(shù)據(jù)引入本電廠側(cè)，同時，SVG裝置屬于電廠方投資，無法新增安裝在對側(cè)變電站內(nèi)。所以，想要實現(xiàn)考核點無功功率的實時動態(tài)補償，就必須進行兩側(cè)通信鏈路的技術(shù)改造。通過申請光纖路由資源、增加光電轉(zhuǎn)換和通信接口裝置，引入對側(cè)考核點電壓、電流的實時數(shù)據(jù)，以達到功率因數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)的目的。這套方案，需要電網(wǎng)公司同步開展對側(cè)變電站通信設(shè)備技術(shù)改造，使得該方案實施的可行性不大。最后，電廠方通過核對、分析電費結(jié)算單歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該專線絕大多數(shù)月份無功電量都集中在683 100～762 300 kvar·h之間，這與該專線相對單一、穩(wěn)定的負(fù)荷特性相符，同時，它也為SVG的無功補償量提供了數(shù)據(jù)支持。當(dāng)設(shè)定SVG的無功補償量等于或接近系統(tǒng)無功功率的消耗量時，即可實現(xiàn)考核點功率因數(shù)的大幅度提高。無功補償量方案確定后，隨即開展SVG裝置的接入工作。

根據(jù)現(xiàn)場條件，SVG裝置安裝在電廠側(cè)基建變低壓側(cè)10 kV配電段上，起動備用電源主接線如圖2所示。

圖2 起動備用電源主接線圖

SVG裝置電壓、電流數(shù)據(jù)取自電廠側(cè)110 kV線路計量TV和計量TA，同時，接入基建變10 kV母線電壓用于裝置參考電壓。SVG采用Modbus通訊協(xié)議，通過RS-485雙絞線與后臺通信，實現(xiàn)實時監(jiān)視裝置的運行狀態(tài)和運行參數(shù)。

4 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)2018年1月至2020年3月期間的電費結(jié)算單無功電量歷史數(shù)據(jù)，SVG月度補償量數(shù)值選定為無功電量月均值726 220 kvar·h，經(jīng)過計算，得出每小時需補償?shù)臒o功功率Q為1.008 Mvar。

經(jīng)與電網(wǎng)公司溝通聯(lián)系，進入對側(cè)變電站進行SVG裝置的聯(lián)調(diào)。電廠側(cè)給定SVG裝置的無功補償量，對側(cè)變電站讀取關(guān)口電能表三相總功率因數(shù)的數(shù)值，當(dāng)日，SVG裝置無功補償量給定前后的數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 關(guān)口電能表功率因數(shù)值

三相總功率因數(shù)達到0.998時，SVG無功補償量為0.98 Mvar，與計算值接近，驗證了計算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 效益對比

2020年5月，SVG裝置投入運行。裝置投運前后，電費結(jié)算數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 SVG投運前后電費結(jié)算數(shù)據(jù)

隨著SVG裝置的投運，考核性力調(diào)電費相應(yīng)大幅度減少。表4中7月份，因SVG裝置與后臺發(fā)生通信故障，裝置進行了停電檢修，損失了部分無功電能量的補償，使得該月三相總功率因數(shù)低于0.9，從而產(chǎn)生了考核性力調(diào)電費。

從表4可以看出，SVG裝置投運半年，經(jīng)濟效益顯著[5]，預(yù)計兩年即可收回投資成本。

6 結(jié) 語

電力系統(tǒng)中，與此文類似的起動備用電源由外部專線供電的電廠，也存在力調(diào)電費考核的情況。從此文分析可知，增設(shè)無功補償裝置，是解決力調(diào)電費的良好方案。在接入無功補償裝置時，優(yōu)先推薦引入考核點電氣量的實時數(shù)據(jù)進行動態(tài)的無功補償。如果現(xiàn)場條件難以滿足，則可以參考與此文類似的靜態(tài)無功補償策略。

起動備用電源專線系統(tǒng)相對單一、穩(wěn)定的負(fù)荷特性，決定了月度無功電量數(shù)據(jù)的相對穩(wěn)定。電廠方可以通過核對歷史電量數(shù)據(jù)，

計算確定無功補償

裝置的容量和補償量，即可實現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)的大幅度提高，從而免除考核性力調(diào)電費。