鄭 薇劉正道馮曉明
(國(guó)網(wǎng)營(yíng)口供電公司,遼寧 營(yíng)口 115000)
連接電抗器對(duì)電網(wǎng)變電站鏈?zhǔn)絊VG裝置運(yùn)行性能的影響
鄭 薇,劉正道,馮曉明
(國(guó)網(wǎng)營(yíng)口供電公司,遼寧 營(yíng)口 115000)
詳細(xì)分析了連接電抗器對(duì)SVG穩(wěn)定運(yùn)行的影響,提出了電網(wǎng)變電站鏈?zhǔn)絊VG連接電抗器參數(shù)的選取要首先考慮對(duì)功率單元直流側(cè)電容工作的影響,再考慮其他幾方面的設(shè)計(jì)原則,并利用PSCAD軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。根據(jù)仿真結(jié)果,為1套10 kV SVG選取了連接電抗器值,實(shí)際運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的合理性。
連接電抗器;SVG;PSCAD
SVG(Static Var Generator)即靜止無(wú)功發(fā)生器,為目前最先進(jìn)的第三代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,以IGBT為核心的自換相橋式電路經(jīng)過(guò)連接電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上,通過(guò)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位并作用到連接電抗器上轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)所需要的無(wú)功電流來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。SVG的主電路可以采用多重化結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。其中鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的三相相互獨(dú)立,可適應(yīng)于平衡系統(tǒng)、不平衡系統(tǒng);可采用冗余設(shè)計(jì),增強(qiáng)裝置穩(wěn)定性;輸出電壓和容量可以成倍提高;輸出諧波含量很小,所以目前被大多數(shù)生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)人員采用[1]。
作為鏈?zhǔn)絊VG和外部電網(wǎng)之間唯一的聯(lián)系,連接電抗器參數(shù)的選取直接影響到整套SVG的補(bǔ)償性能。
1.1 連接電抗器對(duì)SVG直流側(cè)電容電壓的影響
鏈?zhǔn)絊VG的核心部分是自換相橋式電路,該電路中擔(dān)負(fù)著充放電任務(wù)的直流側(cè)電容的性能直接影響SVG的補(bǔ)償能力和整個(gè)裝置的安全,其端電壓是考核其工作狀態(tài)的重要指標(biāo)。而連續(xù)電抗器直接影響著直流側(cè)電容端電壓的大?。?]。
通過(guò)式(1)可得,當(dāng)SVG額定功率一定、系統(tǒng)電壓一定時(shí),連接電抗器參數(shù)值大小決定了SVG逆變電路直流側(cè)電容兩端的電壓高低。連接電抗器的電感越大,額定無(wú)功輸出時(shí)的直流電壓越高,對(duì)直流電容器和電力電子器件的耐壓水平要求也越高,進(jìn)而影響了SVG裝置的結(jié)構(gòu)和成本[3]。
1.2 連接電抗器對(duì)SVG輸出諧波的影響
在對(duì)SVG輸出諧波電壓進(jìn)行研究時(shí),可認(rèn)為系統(tǒng)電壓為純基波正弦電壓,則SVG輸出的N次諧波電壓分量與系統(tǒng)的等效電路如圖1所示。
圖1 SVG對(duì)系統(tǒng)輸出諧波電壓等效圖
圖1中,UAn為n次諧波電壓分量;X為裝置的連接電抗器電感值;Xs為系統(tǒng)等效電抗。
系統(tǒng)接入點(diǎn)A的n次諧波電壓分量UAn、IAn為
為了盡量減少SVG裝置注入系統(tǒng)諧波電流,需要盡量加大連接電抗器的電感值。同理,系統(tǒng)注入SVG的諧波電流也會(huì)減小。
1.3 連接電抗器抑制負(fù)序電流干擾
連接電抗器還可以抑制系統(tǒng)電壓不平衡所產(chǎn)生的負(fù)序電流對(duì)SVG的干擾。當(dāng)系統(tǒng)三相電壓不平衡時(shí),除了含有正序電壓還含有產(chǎn)生負(fù)序電壓而SVG輸出電壓是不含有負(fù)序電壓的,所以裝置對(duì)系統(tǒng)的負(fù)序電壓相當(dāng)于短路,故SVG中將流過(guò)較大的負(fù)序電流。這個(gè)負(fù)序電流可能導(dǎo)致功率模塊閉鎖,甚至導(dǎo)致內(nèi)部連線過(guò)熱損壞,威脅設(shè)備的安全。流經(jīng)SVG裝置的負(fù)序電流為連接電抗器越大,進(jìn)入SVG的負(fù)序電流越小。
最后,連接電抗器的大小也影響著SVG的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,較小的電抗器值雖然能提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,但同樣也容易引起系統(tǒng)振蕩。表1列出SVG主要性能指標(biāo)和連接相控電抗器的關(guān)系。
表1 連接電抗器值對(duì)SVG各項(xiàng)性能的影響
為了削弱電網(wǎng)的諧波、負(fù)序電流對(duì)于SVG運(yùn)行的干擾,減少SVG注入電網(wǎng)諧波含量,需要選取較大的連接電抗器;而降低直流側(cè)電容兩端電壓值,提高SVG的響應(yīng)速度以及降低設(shè)備成本,又需要選取較小的連接電抗器,這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡[4]。
為了驗(yàn)證電抗器參數(shù)對(duì)于鏈?zhǔn)絊VG性能的影響,在PSCAD軟件中搭建了1個(gè)包含鏈?zhǔn)絊VG、感性負(fù)荷和容性負(fù)荷的模型。仿真模型參數(shù)為SVG電壓等級(jí)為10 kV,容量為±5 Mvar,通過(guò)降壓變壓器接入上級(jí)系統(tǒng)。SVG采用鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)和三相星型接法,每相級(jí)聯(lián)有12個(gè)H橋功率單元模塊,每個(gè)模塊直流側(cè)電容為5 600 μF,充電電阻9 kΩ。觸發(fā)方式采用了180°/N的載波移相PWM調(diào)制方式[5]。
連接電抗器配置不同電感值仿真(見圖2),觀察三相直流側(cè)電容平均電壓值(見圖3、圖4)。
圖2 10 kV SVG仿真模型系統(tǒng)圖
圖3 SVG額定功率運(yùn)行時(shí)直流側(cè)電容平均電壓(連接電抗器8 mH)
圖4 SVG額定功率運(yùn)行時(shí)直流側(cè)電容平均電壓(連接電抗器20 mH)
通過(guò)對(duì)比圖3和圖4,當(dāng)SVG輸出額定容量的無(wú)功時(shí)(容性滿發(fā)),不同大小的連接電抗器決定了H橋中功率單元模塊直流側(cè)電容平均電壓的大小。當(dāng)電抗器從8 mH提高到20 mH時(shí),直流側(cè)電容平均電壓提高了100 V左右,約12%。該電壓的提升,不僅對(duì)薄膜電容產(chǎn)生了影響,也增加了功率模塊的損耗,對(duì)整個(gè)SVG裝置穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了極大影響[6]。
因此,實(shí)際應(yīng)用中,在保證SVG響應(yīng)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求、注入系統(tǒng)諧波含量少的前提下,應(yīng)采用小一些的連接電抗器。
圖5 滿發(fā)試驗(yàn)中SVG功率單元電壓曲線
工程上,一般連接電抗器取設(shè)備容量的10%左右。圖5為某變電站安裝的1套10 kV±5 Mvar的SVG在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滿發(fā)試驗(yàn)時(shí)直流側(cè)電容電壓的曲線。試驗(yàn)時(shí),SVG采用手動(dòng)模式,從1 Mvar(容性)開始,逐漸發(fā)到5 Mvar,功率單元模塊的電壓從750 V到850 V,始終控制在800 V左右,完全可保證SVG的安全運(yùn)行。
事實(shí)上,大多數(shù)電網(wǎng)變電站的諧波含量、三相不平衡度均在國(guó)家規(guī)定的范圍內(nèi),同時(shí)SVG采用了SPWM觸發(fā)技術(shù),本身產(chǎn)生的諧波很小,響應(yīng)速度也能滿足變電站無(wú)功變化。電網(wǎng)變電站連接電抗器選取的關(guān)鍵是要保證功率部分的直流側(cè)電壓處在一個(gè)合理水平,這樣既保證了設(shè)備的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,也符合國(guó)家電網(wǎng)提出的節(jié)能降耗的要求。
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Influence of Connection Reactor to Operation Performance of Cascade?Connected Static Var Generators in Power Grid Substation
ZHENG Wei,LIU Zhengdao,F(xiàn)ENG Xiaoming
(State Grid Yingkou Power Supply Company,Yingkou,Liaoning 115000,China)
In this paper,the influence of connection reactor to SVG stable operation is analyzed in detail,selecting the parameters of cascade?connected SVG connection reactor in power grid substation must first consider the influence to the DC side capacitor on the power unit,then consider other design principles,using PSCAD to simulate and verify design principle.According to the simulation re?sult,connection reactor parameter for a set of 10 kV SVG is selected.The practical operation results verify rationality of this design.
connection reactor;SVG;PSCAD
TM761.12
A
1004-7913(2016)11-0028-03
鄭 薇(1973),女,碩士,高級(jí)工程師,從事電力系統(tǒng)科技項(xiàng)目的實(shí)施與管理、新技術(shù)新設(shè)備在電網(wǎng)的示范應(yīng)用工作。
2016-08-20)