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高壓動態無功補償裝置(SVG)在城網改造中的應用

發布時間:2020-04-14 作者:新風光

1引言

根據與四川省某電力公司的合作協議,山東新風光電子科技發展有限公司成功研制了FGSVG-C2.0/10高壓動態無功功率補償裝置。并在電力公司調試所的協同下完成了裝置現場安裝、主電纜及控制線路的鋪設、繼保的整定調試、電纜的耐壓試驗及裝置本身的性能調試及檢驗等一系列工作。經嚴格的程序批報,正式在縣級電力網絡某變電所運行。在聯調及試運行期間裝置未對電網正常運行帶來任何不良影響,運行效果顯著。
2現場概述

某變電所采用固定電容器在10kV母線上進行無功補償,電容器組的投切方式為值班員根據電網負載情況手動投切,不能滿足實時調節電網無功功率的需求。
采用固定電容器的無功補償方式后,從現場實際運行的情況來看,電網在重負荷時存在“欠補”現象,在低負荷時存在著一些無功倒送,即“過補”現象,這樣不僅會使變壓器二次側電壓升高,而且還會使容性無功功率在輸電線路上傳輸,增加電能損耗。
采用SVG具有的容性無功、感性無功連續調節的能力,可以解決僅有電容器投切時的階梯式無功補償及無功倒送問題,實現無功功率的真正動態實時補償。
3方案實施

某變電所無功補償裝置安裝在變壓器次級10kV側進行集中補償,目的是降低35kV線路無功損耗和控制10kV電網電壓和功率因數。方案中保留了原有靜補固定電容器,在固定電容器容量的基礎上增加FGSVG-C2.0/10動態無功補償。這種方案性價比高,即實現了滿足用戶需求,達到了降低35kV線路無功損耗和控制10kV電網電壓和功率因數的目的,又降低了對無功補償設備的投入成本。

使用我公司的FGSVG-C2.0/10后,穩定了電網母線電壓、降低了網損,解決了無功倒送的現象,提高了系統的輸送能力。

某變電所無功補償裝置改造方案的一次側接線圖如圖1所示:

4 SVG基本原理

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圖2 SVG工作原理 

SVG原理示意圖如圖2所示。在交流電路中,電壓和電流的相位有三種情況,當負載是(或呈現)純電阻特性時,電壓和電流相位相同;當負載是(或呈現)電感特性時,電壓相位超前電流相位;當負載是(或呈現)容性特性時,電壓相位滯后電流相位。

SVG基本原理就是將自換相橋式電路通過變壓器或者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就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流,實現動態無功補償的目的,如表1所示。
表1 運行模式原理表

5 FGSVG技術優勢

FGSVG是目前較為先進的無功補償裝置,基于電流源型逆變器的補償裝置實現了無功補償方式質的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件,而是通過大功率電力電子器件的高頻開關實現無功能量的變換。從技術上講,SVG較傳統的無功補償裝置有如下優勢:
(1)響應速度更快
SVG響應時間:≤5ms。
傳統靜補裝置響應時間: ≥20ms。
SVG可在極短的時間之內完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉換,這種無可比擬的響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。
(2)電壓閃變抑制能力更強
SVC對電壓閃變的抑制最大可達2:1,SVG對電壓閃變的抑制可以達到5:1,甚至更高。SVC受到響應速度的限制,其抑制電壓閃變的能力不會隨補償容量的增加而增加。而SVG由于響應速度極快,增大裝置容量可以繼續提高抑制電壓閃變的能力。
(3)運行范圍更寬
SVG輸出電流不依賴于電壓,表現為恒流源特性,能夠在額定感性到額定容性的范圍內工作,具有更寬的運行范圍。而SVC本質是阻抗型補償,輸出電流和電壓成線性關系。因此系統電壓變低時,同容量SVG可以比SVC提供更大的補償容量(SVG若配合同容量固定電容器可構成0~2倍容量的動態容性無功補償器,性價比更高) 。
(4)補償功能多樣化
SVG具有恒裝置無功功率、恒系統側功率因數、恒系統側電壓模式、恒考核點無功功率模式、負載補償模式等等。除了以上功能以外還具有一定的補償負載諧波的能力,也能夠根據用戶實際需要,對負荷諧波電流等電能質量問題進行綜合補償。
(5)諧波含量低
SVG采用了載波移相PWM技術和功率單元模塊級聯多電平技術,自身產生的諧波含量極低,裝置輸出側無需濾波器。
6 現場應用效果

FGSVG投運后,兩年以來產品運行效果良好。選用新風光SVG設備基本參數如下:額定容量:2000kvar,額定電壓:10kV,系統頻率:50Hz,響應時間:≤5ms,損耗:≤1%,輸出電流THD:≤3%,無功調節方式:容性、感性連續可調,防護等級:IP43級或根據用戶需求定制。
設備運行電壓曲線如圖3所示,電流曲線如圖4所示,功率因數曲線如圖5所示
(1)電壓曲線

(2)電流曲線

(3)功率因數

7效益分析
7.1降低線路的有功功率損耗
該變電所的35kV進線輸電線路長18.12km,線損比較嚴重,線徑為70,鋁芯線,鋁芯線的電阻按0.4Ω/km計算,忽略輸電線路的電抗損耗,輸電線路的電阻:。

根據表2中的歷史數據,整個變電站的最大有功功率,假設補償前電網的功率因數為,補償前的無功功率為,補償前后電網的有功功率P不變,補償后保證電網的功率因數在以上。

7.2降低變壓器的損耗
  

7.3減少視在功率
在保證有功功率P不變的情況下,增加無功補償后,可以減少視在功率,從而減少變壓器容量,功率因數由0.9提高到0.98時。可減少的視在功率為
即變壓器在輸送同樣的有功功率的情況下,所需要變壓器的容量可以減少0.495MVA。
7.4改善電壓質量
在線路中電壓損失△U 的計算如下:
式中 △U --線路中的電壓損失,kV;
P--有功功率,MW;
Q--無功功率,Mvar?
U--額定電壓,kV;
R--線路的總電阻,Ω;
XL--線路感抗,Ω。
由上式可見,當線路中的無功功率 Q 減少以后,電壓損失△U 也就減少了。
7.5運行日志分析

8 結束語

四川省某電力公司安裝FGSVG-C2.0/10無功補償裝置后,不僅可以實現提高電網功率因數的目的,并且由于SVG具有容性、感性無功連續調節的能力,消除僅有電容器投切時的階梯式無功補償及無功倒送問題,從而實現無功的真正動態實時補償。SVG以其卓越的性能在電網改造中必將大放光彩!