静止无功发生器(SVG)在供电企业中的应用

樊昕甲

神华准能供电公司 内蒙古 鄂尔多斯 010399

前言

随着社会经济高速的发展,科技水平的提高,大型企业对供电质量有了更高的要求。为了提高供电质量,供电企业引进了不同种类的无功补偿装置,例如：电容器、静止无功补偿装置和近年来发展起来的静止无功发生器。

电压是衡量电能的一个重要指标,质量合格的电压能保证生产稳定运行,而系统中运行电压取决于无功功率的平衡,因此无功功率补偿对电力系统电压质量的评估起着决定性的作用。

目前,我国供电企业中存在着严重的无功功率不足的问题,引起无功不足的原因有以下两种：1)企业电压质量不高,由于电力负荷中电动机和中小容量变压器占很大比重,消耗无功约占无功负荷的80%—90%。2)非线性负荷的接入,如：电气化铁路,负荷的快速变化引起电压波动和闪变导致设备运行不良,不能满足用户对电压质量的要求。

一、原有装置存在的问题

黑岱沟变电站35KV系统安装有SVC,容量为13000k Var、6KV系统安装两套电容补偿装置,容量分别为3000k Var。随着黑矿、哈矿两矿及选煤厂等生产规模不断扩大,无功补偿装置提供的无功不能满足现在生产要求。同时,黑岱沟变电站35KV SVC电容器为固定投切,无法随着负荷的变化而自动调节,由于电压异常、其他设备跳闸产生过电压或低电压,导致SVC经常跳闸,常有硅击穿,更换数目较多,导致高成本运行,不但给运行及检修人员带来了不便,而且影响生产。当出现负荷小时,过补偿引起系统电压异常升高,需要退出SVC或频繁调节变压器的分接头开关来降低电压,给运行人员和调度值班员带来极大的不便；而负荷高峰期时,电容补偿容量又不够,功率因数较低,导致电压异常降低,黑矿、哈矿两矿的部分设备由于电压不满足需要,导致设备无缘无故的停产,影响生产,只能投入所有无功补偿装置及再次提高分接头开关次数来提高电压,保证生产正常运行。同时低功率因数负载从系统吸收大量无功功率,增加了线损和变压器的损耗。

二、无功补偿装置选择方案比选

在进行无功补偿装置选择过程中提出了两种方案,一是使用35KV TCR静止型动态无功补偿滤波装置(SVC),二是使用35KV静止型无功发生器(SVG),并对两种方案进行了对比,选出给黑矿、哈矿及选煤厂生产提供无功的合理方案。

1.选择使用35KV TCR静止型动态无功补偿滤波装置(SVC)。根据黑矿和哈站及选煤厂等其他用户生产需要,在黑岱沟变电站35k V和6k V电压在负荷高峰和低谷运行方式下,投退SVC、电容器及调节分接头开关,进行调节。负荷高峰时,投入35 k V SVC和两台6k V电容器,35KV电压仍不满足生产条件,根据需要必须调高变压器的分节头开关位置,来调节35k V电压直至满足生产要求。在负荷低谷时,调节电压分接头,满足35KV电压允许电压偏差范围时,必须退出SVC,这样的情况每天都会发生,每天调节变压器的,这样降低变压器的分接头开关使用寿命和SVC晶闸管的使用寿命,导致SVC经常跳闸,不能稳定运行。

2.选择使用35KV静止型无功发生器(SVG)。SVG静止无功发生器采用可关断电力电子器件(IGBT)组成自换相桥式电路,经过电抗器并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流。迅速吸收或者发出所需的无功功率,实现快速动态调节无功的目的。作为有源型补偿装置,不仅可以跟踪冲击型负载的冲击电流,而且可以对谐波电流也进行跟踪补偿。

SVG的功能：

(1)提高线路输电稳定性；(2)维持受电端电压,加强系统电压稳定性；(3)动态补偿电网无功功率,提高功率因数；1)当电网处于感性时,SVG发出容性电流,抵消与之相反的无功电流；2)当电网处于容性时,SVG发出感性电流,抵消与之相反的无功电流。(4)抑制电压波动和闪变；(5)抑制三相不平衡。

与SVC相比,SVG在以下几方面优于SVC：

一、工作原理不同

(1)SVC可以被看成是一个动态的无功源。根据接入电网的需求,它可以向电网提供容性无功,也可以吸收电网多余的感性无功,把电容器组通常是以滤波器组接入电网,就可以向电网提供无功,当电网并不需要太多的无功时,这些多余的容性无功,就由一个并联的电抗器来吸收。电抗器电流是由一个可控硅阀组控制,借助于对可控硅触发相角的调整,就可以改变流过电抗器的电流有效值,从而保证SVC在电网接入点的无功量正好能将该点电压稳定在规定范围内,起到电网无功补偿的作用。

(2)SVG以大功率电压型逆变器为核心,通过调节逆变器输出电压的幅值和相位,或者直接控制交流侧电流的幅值和相位,迅速吸收或发出所需的无功功率,实现快速动态调节无功功率的目的。

二、响应速度快

一般SVC的响应速度是20—40ms；而SVG的响应速度不大于5ms,能更好的抑制电压波动和闪变,在相同的补偿容量下,SVG对电压波动和闪变的补偿效果最好。三、低电压特性好

SVG具有电流源的特性,输出容量受母线电压的影响很小。这一优点使SVG用于电压控制时具有很大的优势,系统电压越低,越需要动态无功调节电压,SVG的低电压特性好,输出的无功电流与系统电压没有关系,可以看作是一个可控恒定的电流源,系统电压降低时,仍能输出额定无功电流,具备很强的过载能力；而SVC是阻抗型特性,输出容量受母线电压的影响很大,系统电压越低,输出无功电流的能力成比例降低,不具备过载能力。因此SVG的无功补偿能力与系统电压无关,而SVC的无功补偿能力随系统电压的下降线性降低。

四、运行安全性能提高

SVC以可控硅调节电抗加多组电容作为无功补偿的主要手段,极容易发生谐振放大现象,导致安全事故,系统电压波动大时,补偿效果受很大影响,运行损耗大；SVG配套电容器不需要设置滤波器组,不存在谐振放大现象,SVG是有源型补偿装置,是采用可关断器件IGBT构成的电流源装置,从而避免了谐振现象,运行安全性能大大提高。

五、谐波特性

SVC利用可控硅控制电抗器的等效基波阻抗,不仅受到系统谐波影响大,而且自身会产生大量的谐波,必须配套采用滤波器组,滤除SVC自身产生的谐波含量；SVG采用三电平单相桥技术,单相可输出5电平电压波形,采用载波移相的脉冲调制方法,不仅受系统谐波影响小,还可以抑制系统的谐波。与SVC相比,SVG采用多重化、多电平或脉宽调节技术等措施后,大大减少了补偿电流中的谐波含量。

六、占地面积小

在相同的补偿容量下,SVG的占地面积比SVC的减少1/2到2/3。由于SVG使用的电抗器和电容器比SVC少,因此大大缩小了装置的体积和占地面积；SVC中的电抗器不仅本身体积比较大,而且考虑到相互间的安装间隔,整体占地面积较大。

综上所述,根据黑岱沟变电站每天电压、有功功率和无功功率等数据,在各个厂家和其他SVG使用单位的考察,结合黑矿和哈矿及选煤厂生产的需求,综合考虑经济、技术两方面要求。决定在黑岱沟变电站加装三套静止无功发生器(SVG),分别为一套35k V SVG装置、两套6k V SVG装置,取代原有的35KV TCR静止型动态无功补偿装置(SVC)和6KV VFC无功补偿滤波装置。现35k V SVG装置安装容量为21000k Var,6k V SVG装置安装总容量12000k Var,每套安装容量为6000k Var。

三、SVG装置应用结果

在黑岱沟变电站投入使用35k V、6k V静止无功发生器(SVG)前,将全部设置为恒电压模式(35k V设置为36k V,6k V设置为6k V)系统进行自动调节。把SVG全部投入,35KV系统电压非常稳定,电压恒定在设定范围之内,给两矿及其他用户提供稳定电压,保证生产生活用电质量,变压器分级头调节次数从以前一个月200多次到现在每个月0次,大大提高变压器分接头开关使用寿命。也减少了无功补偿装置检修次数,降低运行成本。由于黑岱沟变电站使用的SVG无功补偿装置比较成功,公司还准备在其他变电站安装使用。

四、SVG装置在未来供电企业中起的作用和前景

SVG装置可以应用到10—35k V输电系统中,可以快速准确进行容性及感性无功补偿,在稳定母线电压、提高功率因数的同时,彻底、方便地解决了无功倒送问题。SVG成为改善供电质量的最有效方法。应用在很多领域例如：配电系统变电站、输电系统的枢纽变电站、电气化铁路牵引变电站、风场的无功补偿。综上所述,SVG无功补偿装置由于响应速度快、谐波含量少、无功调节能力强等优点,可以大大改善电网的电能质量,目前已成为无功补偿技术的发展方向。