基于SVG电能质量综合控制研究

覃日升,李敬宾,魏承志

(1.云南电网公司电力研究院,昆明 650217；2.云南电网公司迪庆供电局,云南 迪庆 674400)

基于SVG电能质量综合控制研究

覃日升1,李敬宾2,魏承志1

(1.云南电网公司电力研究院,昆明 650217；2.云南电网公司迪庆供电局,云南 迪庆 674400)

针对谐波、闪变、负序等综合治理问题,提出一种SVG综合控制策略,实现了星型接线的SVG同时用于谐波电流、电压闪变及负序电流的综合治理,并将该方法成功应用于典型变电站和云南智能微网示范工程电能质量综合治理。

谐波；负序；SVG

1 前言

某110 kV变电站接入冲击性非线性用户,给电能质量造成了严重的影响,主要表现为3、5、7次谐波电流严重超标,电压波动较大,已严重危及到电网的安全稳定及经济运行。需要采用经济、合理的方法对该变电站电能质量进行综合治理。当前,应用于高压系统电能治理的设备主要有无源滤波器 (FC)、静止无功补偿器SVC(FC +TCR,FC+MCR)、动态无功补偿装置SVG。其中,FC多为单调谐滤波器,补偿基波无功及滤除谐波,SVC采用三角形接线方式,平衡三相无功,两者结合实现无功补偿、滤除谐波、抑制闪变或负序电流功能[1-2]。TCR功率损耗包括控制电抗器和晶闸管损耗,前者近似与支路电流的平方成正比,后者近似与支路电流成正比。总体来说,TCR功率损耗一般为安装容量2%～4%。同时,因其在调整过程产生谐波、响应时间相对较慢等原因,随着SVG技术的发展,SVC在电网中逐渐被SVG代替。

SVG应用于电网电能质量综合治理,主要集中在无功动态补偿,谐波,闪变[1]。基于星性接线方式的SVG应用于负序治理,还处在探索阶段,部分文献探讨了SVG的负序检测方法[2]。

针对110 kV四街变电站电能质量污染现状,研究了基于复合控制方法的SVG技术,探讨开展了高压系统电能质量综合治理研究,研究其具有的优点和缺点。为后续类似工程的开展提供借鉴。

2 瞬时功率理论检测电流

2.1 检测无功和谐波电流

三相瞬时功率理论由赤木泰文提出以来,经过多年的发展,目前逐渐探索应用到工程无功补偿和谐波治理项目中。其中,该理论应用于无功电流和谐波电流检测过程,如图1所示。

图1 瞬时功率原理检测无功和谐波电流框图

在图1中,A相电压经过锁相环节,生成同相位的正弦和余弦信号。两者合成构成C信号矩阵。图中,

谐波电流检测原理由图2所示,三相电流经正交变换、C矩阵合成得到瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq。两信号经低通滤波器,得到直流分量这两信号对应基波有功和无功电流分量。两电流信号经反变换,最终得到三相基波电流iaf,ibf,icf。该信号与原信号相减可得到谐波电流信号ian,ibn,icn。

2.2 负序电流检测方法

当前,在工程上对负序电流的治理主要采用SVC。SVC的控制策略基于C.P.steinmetz提出的平衡化补偿理论[3]。因SVC在实际运行控制过程中功率损耗较大,限制了其在未来电能质量治理领域的发展。随着SVG技术的发展,当前在高压系统中的无功补偿及谐波治理方面逐步采用SVG +FC方式代替SVC+FC方式。但在负序电流治理方面还处于探索研究方面[1-4]。为此,本文提出了一种基于瞬时无功理论的负序电流检测方法,通过工程应用证明其有效性。

图2 瞬时功率原理检测负序电流框图

通常,正序分量在向量图上,ABC分量为顺时针分布,负序分量反之。受此启发,本文中采用基于瞬时无功理论应用于负序电流检测方法。如图2所示。其中,

负序电流检测原理由图2所示三相电流经正交变换、C矩阵合成得到瞬时有功电流i-p和瞬时无功电流i-q。两信号经低通滤波器,得到负序直流分量这两信号对应基波负序有功和负序无功电流分量。两电流信号经反变换,最终得到三相基波负序电流i-af, i-bf, i-cf。

3 SVG用于高压无功和谐波治理

某变电站1号主变35 kV侧谐波电流超标；1号主变10 kV侧功率因数波动较大、谐波电流和闪变超标。经方案经优化后确定,1号主变35 kV侧采用5次单调谐无源滤波方式,安装容量为14.4 Mvar；10 kV侧采用SVG+FC综合治理方式,安装容量分别为±6 Mvar和3.15 Mvar。功能方面, ±6 Mvar的SVG滤除1号主变10 kV侧5、7、11次谐波电流；在该侧加装一套容量为3.15 Mvar的13次单调谐滤波器用于滤除13次及以上谐波电流；在1号主变35 kV侧加装一套容量为14.4 Mvar的5次单调谐滤波器,滤除35 kV侧谐波源产生的5次谐波电流。1#主变35 kV侧5次单调谐滤波器投入后,注入系统的5次谐波电流由28 A降至5 A(主变并列运行),5次谐波电压含有率由1.8%降低至0.1%。

SVG对5、7谐波电流有较好的效果,滤除率均大于90%,对高次谐波效果与SVG的结构及开关频率有关,本项目中SVG中的IGBT管未采用多重化结构,对高次谐波的滤波效果不太理想, 11次、13次谐波滤除率分别为43%,20.1%；SVG投入后,有效抑制了低次谐波电压含有率,使10 kV母线谐波电压总畸变率由投入前的3.6%降至2.5%；SVG能有效抑制10 kV侧功率因数波动,使10 kV侧功率因数维持在0.985水平。通过上述测试分析可知,随着该电能质量治理工程的顺利投入运行,有效解决了典型变电站谐波污染现状。

4 SVG应用于负序治理

当前,对负序的治理主要是基于C.P.steinmetz提出的平衡化补偿理论。SVC应用该方法对用户负序治理具有较好的效果,但也带来了其它问题。其中,最为重要的缺陷是SVC本身作为一个谐波源向系统注入大量的5、7、11次谐波电流,且其运行功率损耗约为额定容量的2%～4%。为了有效解决上述难题,提出了一种基于瞬时无功理论的负序电流检测方法,并成功应用于谐波和负序治理中。治理效果如图3、图4所示。

图3 智能微网负载结构及负序电流测点示意图

图4 SVG治理谐波和负序电流效果

由图4可知,SVG对3次谐波电流的滤除率达到88%,负序电流的滤除效果达到95%。因此,基于瞬时无功检测理论,通过对控制策略进行设计,SVG可同时实现对谐波和负序的综合治理。

5 结束语

针对谐波、负序及无功补偿等综合治理问题,本文提出了基于瞬时无功检测理论提出了谐波和负序复合控制算法,通过工程实施,证明SVG在未来电能质量治理方面,具有广泛的推广前景。

[1]李力,左丽,陈立松.牵引变电所采用SVG实现无功和负序综合补偿方法 [J].现代电力技术.

[2]武健,何娜,徐殿国.并联混合有源滤波器复合控制策略[J].电力自动化设备,2009(3).

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[8]肖湘宁.电能质量分析与控制 [M].中国电力出版社.

Research and Application Based on SVG Power Quality Comprehensive Control

QIN Risheng1,LI Jingbin2,WEI Chengzhi1
(1.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217；2.Yunnan Diqing Power Supply Bereau,Diqing,Yunnan 674400)

This paper proposes a method base on SVG comprehensive governance to deal with harmonic,flicker,negative sequence, and other comprehensive governance issues.The method has been applied in substation and smart microgrid successfully.

Harmonic；Negative sequence；SVG

TM85

B

1006-7345(2014)02-0012-03

2014-03-26

覃日升 (1976),男,硕士,四级助理技术专家,高级工程师,云南电网公司电力研究院,主要从事电能质量分析方面的工作和研究工作 (e-mail)jx780531@126.com。