SVG在起動(dòng)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(dòng)備用電源為外部110 kV鐵塔架空線專線供電，線路全長(zhǎng)26 km，由電廠方投資建設(shè)和維護(hù)管理，專線電能計(jì)量關(guān)口表安裝在對(duì)側(cè)變電站內(nèi)，電費(fèi)結(jié)算以月結(jié)形式，力調(diào)電費(fèi)按三相總功率因數(shù)值進(jìn)行計(jì)算[1]。

專線有功和無(wú)功負(fù)荷主要由架空線路、電廠啟備變、基建變及維護(hù)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在空載熱備用狀態(tài)，作為機(jī)組廠用電失去時(shí)，緊急停機(jī)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(hù)單位生活區(qū)食堂和宿舍用電。整體來(lái)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(lái)功率因數(shù)偏低而產(chǎn)生的力調(diào)電費(fèi)問(wèn)題。

1 力調(diào)電費(fèi)

力調(diào)電費(fèi)是指電網(wǎng)公司根據(jù)客戶一段時(shí)間內(nèi)(如1個(gè)月或1年)所使用的有功電量、無(wú)功電量來(lái)計(jì)算其平均功率因數(shù)，并據(jù)此收取的相關(guān)電費(fèi)。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(jiǎng)勵(lì)和懲罰規(guī)定如下：每低于標(biāo)準(zhǔn)0.01時(shí)，從電費(fèi)總額罰款0.5%，以此遞增，低于0.7每一級(jí)提高到1%，低于0.65每級(jí)提高到2%；每高于標(biāo)準(zhǔn)0.01時(shí)，從電費(fèi)總額獎(jiǎng)勵(lì)0.15%，以此類推，以0.75%封頂[2]。

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

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

從表1可以看出，起動(dòng)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(fèi)68 202元，年度力調(diào)電費(fèi)818 424元。

為了避免因功率因數(shù)低引起的力調(diào)電費(fèi)，電廠方計(jì)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(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)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(guò)調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT器件的開(kāi)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(gè)裝置相當(dāng)于一個(gè)調(diào)相電源。通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)中所需的無(wú)功功率，可以快速發(fā)出大小相等、相位相反的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的就地平衡，保持系統(tǒng)實(shí)時(shí)高功率因數(shù)運(yùn)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(bǔ)償電流I=0。

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

3)感性模式：UI

SVG的運(yùn)行模式及其補(bǔ)償特性如表2所示。

表2 SVG的運(yùn)行模式及其補(bǔ)償特性

3 SVG接入方式

SVG幾種常規(guī)接入方式有：

1)現(xiàn)場(chǎng)接入點(diǎn)與考核點(diǎn)在一起；

2)現(xiàn)場(chǎng)接入點(diǎn)與考核點(diǎn)不在一起，且都有TV；

3)現(xiàn)場(chǎng)接入點(diǎn)與考核點(diǎn)在一起，只有負(fù)載側(cè)有TA；

4)現(xiàn)場(chǎng)接入點(diǎn)與考核點(diǎn)不在一起，考核點(diǎn)有TV。

該起動(dòng)備用電源專線在建設(shè)期未設(shè)計(jì)將對(duì)側(cè)變電站電壓、電流數(shù)據(jù)引入本電廠側(cè)，同時(shí)，SVG裝置屬于電廠方投資，無(wú)法新增安裝在對(duì)側(cè)變電站內(nèi)。所以，想要實(shí)現(xiàn)考核點(diǎn)無(wú)功功率的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，就必須進(jìn)行兩側(cè)通信鏈路的技術(shù)改造。通過(guò)申請(qǐng)光纖路由資源、增加光電轉(zhuǎn)換和通信接口裝置，引入對(duì)側(cè)考核點(diǎn)電壓、電流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以達(dá)到功率因數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的目的。這套方案，需要電網(wǎng)公司同步開(kāi)展對(duì)側(cè)變電站通信設(shè)備技術(shù)改造，使得該方案實(shí)施的可行性不大。最后，電廠方通過(guò)核對(duì)、分析電費(fèi)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(wú)功電量都集中在683 100～762 300 kvar·h之間，這與該專線相對(duì)單一、穩(wěn)定的負(fù)荷特性相符，同時(shí)，它也為SVG的無(wú)功補(bǔ)償量提供了數(shù)據(jù)支持。當(dāng)設(shè)定SVG的無(wú)功補(bǔ)償量等于或接近系統(tǒng)無(wú)功功率的消耗量時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)考核點(diǎn)功率因數(shù)的大幅度提高。無(wú)功補(bǔ)償量方案確定后，隨即開(kāi)展SVG裝置的接入工作。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)備用電源主接線如圖2所示。

圖2 起動(dòng)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(jì)量TV和計(jì)量TA，同時(shí)，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(guò)RS-485雙絞線與后臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視裝置的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)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(fèi)結(jié)算單無(wú)功電量歷史數(shù)據(jù)，SVG月度補(bǔ)償量數(shù)值選定為無(wú)功電量月均值726 220 kvar·h，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出每小時(shí)需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率Q為1.008 Mvar。

經(jīng)與電網(wǎng)公司溝通聯(lián)系，進(jìn)入對(duì)側(cè)變電站進(jìn)行SVG裝置的聯(lián)調(diào)。電廠側(cè)給定SVG裝置的無(wú)功補(bǔ)償量，對(duì)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(wú)功補(bǔ)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(dá)到0.998時(shí)，SVG無(wú)功補(bǔ)償量為0.98 Mvar，與計(jì)算值接近，驗(yàn)證了計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 效益對(duì)比

2020年5月，SVG裝置投入運(yùn)行。裝置投運(yùn)前后，電費(fèi)結(jié)算數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 SVG投運(yùn)前后電費(fèi)結(jié)算數(shù)據(jù)

隨著SVG裝置的投運(yùn)，考核性力調(diào)電費(fèi)相應(yīng)大幅度減少。表4中7月份，因SVG裝置與后臺(tái)發(fā)生通信故障，裝置進(jìn)行了停電檢修，損失了部分無(wú)功電能量的補(bǔ)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(fèi)。

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

6 結(jié) 語(yǔ)

電力系統(tǒng)中，與此文類似的起動(dòng)備用電源由外部專線供電的電廠，也存在力調(diào)電費(fèi)考核的情況。從此文分析可知，增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，是解決力調(diào)電費(fèi)的良好方案。在接入無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，優(yōu)先推薦引入考核點(diǎn)電氣量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償。如果現(xiàn)場(chǎng)條件難以滿足，則可以參考與此文類似的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償策略。

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

計(jì)算確定無(wú)功補(bǔ)償

裝置的容量和補(bǔ)償量，即可實(shí)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(fèi)。