静止无功发生器在青岛南京路变电站中的应用

刘　鹏，江　川，刘　杰，尹玉娟，孙昭昌

(国网青岛供电公司，山东 青岛 266002)



静止无功发生器在青岛南京路变电站中的应用

刘鹏，江川，刘杰，尹玉娟，孙昭昌

(国网青岛供电公司，山东 青岛 266002)

摘要:文中介绍了静止无功发生器(SVG)装置在青岛南京路变电站的应用情况，分析了SVG的基本工作原理、补偿控制策略，并现场进行了无功补偿和谐波滤除效果测试。测试结果表明，该SVG可以有效改善南京路站接入点电网的电能质量、抑制电压波动并提高功率因数，具有较高的工程推广应用价值。

关键词：静止无功发生器(SVG)；变电站；无功补偿；控制策略

0　引　言

为了提高电能质量，更好地吸纳日益增加的新能源发电设备，南京路变电站于2013年12月安装了一套静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)装置。本文以此出发，探讨了投运以来SVG装置在南京路变电站的应用效果。

1　SVG的工作过程分析

目前SVG一般采用电压源型，它有较快的响应速度，且易于实现[1]。对于50 Hz的工频系统而言，SVG接入后，系统可简化为图1所示。

图1 工频系统下的电路简图

图中，XS为系统的内感抗，XL为包含线路及负载的感抗，RL为线路及负载的阻抗，XG为SVG与系统联络的电抗器的感抗。其中，iS为系统电压源uS输出的电流；iL为流过负载的电流；iG为SVG等效电压源uG向接入点P注入的电流。SVG未输出时，iL中可能包含感性无功电流分量iLX、阻性有功电流分量iLR及谐波电流分量iLH。SVG投入后，理想状态下，iG的注入将使得流过P点的电流中iLX完全消失，仅剩余iLR分量。假定P点的电压为uP，则此时SVG输出电压就可以表示为：

(1)

考虑到iL中无功分量消除后，P点的电压必然发生一定变化，式(1)无功补偿方式仅在XS忽略不计，P点电压与系统电压一致的情况才能完全补偿。当XS分量较大时，SVG需几个工频周期的调整才能达到最佳的补偿状态。如果XS已知，可提前设置，则SVG输出电压可表示为：

(2)

式中，uS不能直接测得，可采用P点电压与电流计算如下。

(3)

实际工作中，XS受系统运行方式影响较大，难以获得准确值；而XS一般远小于负载阻抗，采用式(1)方式，一次调整可补偿90%以上的无功功率，因此本文工程中SVG的运行方式采用式(1)的电压调整方式。对于谐波电流分量iLH而言，负载可等效为电流源，系统电源等效为短路状态，此时电路可采用图2表示。

谐波电流下谐波潮流分布如图2中所示。假定SVG向系统注入的谐波电流iGH完全抵消负载谐波

图2 谐波电流下的系统简图

电流iLH，则流过XSH的谐波电流分量为0。此时，注入P点的谐波电压uPH为零。需SVG产生的谐波电压uGH可表示为：

(4)

获得工频电压分量uG与谐波电压分量uGH后，SVG叠加两者可得输出的电压波形，以此生成脉冲序列控制开关器件即可。

图3　瞬时无功、谐波电流运算原理

2 SVG的补偿电流检测

本文工程安装的SVG采用基于瞬时无功功率理论的电流检测法,基本思路如图3所示。

输入量为SVG在接入点测得的三相电压和电流瞬时值,如图3中ea、eb、ec及ia、ib、ic所示。图3中，LPF是低通滤波器，而C32、C23、Cpq、Cpq-1分别为下述矩阵：

(5)

(6)

(7)

(8)

电压、电流经过图3运算，可获得三相谐波电流值iah、ibh、ich。要得到工频无功电流iaq、ibq、icq只需将图3中的中间值经过如下运算即可。

(9)

在获得负载电流中的基波无功电流与谐波电流分量后，SVG即可按照式(1)与式(4)控制开关器件产生对应的电压波形注入P点，从而达到无功补偿和滤除谐波的双重目的。

3　SVG在南京路站中的应用与测试

本期安装的SVG额定电压为35 kV，装机容量为20 MVar，安装于35 kV系统甲母线。

3.1　电能质量测试

SVG投入前，变电站35 kV母线侧功率因数最大值为0.952，最小值为0.904，平均功率因数为0.912；电压频率最大值为50.11 Hz，最小值为49.92 Hz，95%的概率大值为50.07 Hz，符合国标限值。SVG投入后，电压频率最大值为50.06 Hz，最小值为49.95 Hz，95%的概率大值为50.04 Hz，电压频率偏差有所减小；功率因数最大值为0.9563，最大值为0.9575，平均值为0.9572，功率因数偏差为0.12%。SVG投入运行后，35 kV母线功率因数稳定运行在0.9572的设定值，表明SVG起到了良好的无功补偿效果。

3.2　SVG动态响应测试

由于SVG 采用 IGBT 半导体全控型器件，配合瞬时无功功率控制算法，其瞬时响应时间理论最大值可小于10 ms。现场实测SVG响应时曲线按时间轴展开后，实测的10%～90%响应时间仅为3.6 ms，小于其理论最大值，表明SVG具有良好的响应特性[2]。

4　结束语

现场测试结果表明，SVG可有效对变电站实时快速动态无功补偿，提高电能质量，从而保障电网的安全稳定性。

参考文献：

[1]王兆安，杨君，刘进军，王跃.谐波抑制和无功功率补偿 [M].北京:机械工业出版社，2011.

[2]张定华.高压配网直挂式电能质量混合补偿技术及应用研究[D].长沙：中南大学，2011.

设计应用

Application of Static Var Generator (SVG) in Substation of Nanjing Road in Qindao

LIU Peng, JIANG Chuan, LIU Jie, YIN Yu-juan, SUN Zhao-chang

(Qindao Power Supply Company of State Grid, Qindao 266002, China)

Abstract:The application situation of SVG device in Nanjing Road substation in Qindao is introduced in this article. Basic operating principle and compensation control strategy of SVG are analyzed. Field tests in aspects of reactive power compensation and harmonic filtering are conducted, which shows that the SVG can effectively improve power quality, suppress voltage fluctuation and improve power factor of grid access point of Nanjing Road substation, and therefore should have extended application in similar occasions.

Key words:static var generator (SVG); substation; reactive power compensation; control strategy

中图分类号：TM714

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0069-02

作者简介：刘鹏(1979-)男，山东青州人，博士，工程师，主要研究方向为高压无功补偿与高压试验技术。

收稿日期：2014-12-2