翟季青　張曉潔　孫宏志　張海濤

（1. 山東電力集團(tuán)公司，濟(jì)南 250000；2. 山東電力集團(tuán)公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250000）

低壓SVG在農(nóng)村配電網(wǎng)中的應(yīng)用

翟季青1張曉潔2孫宏志1張海濤2

（1. 山東電力集團(tuán)公司，濟(jì)南 250000；2. 山東電力集團(tuán)公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250000）

本文研究了現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)，針對(duì)不足提出了低壓靜止無功發(fā)生器SVG技術(shù)。該技術(shù)具有無功補(bǔ)償、濾除諧波和治理三相不平衡等電能質(zhì)量問題，提高了供電公司供電可靠性，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

靜止無功發(fā)生器；無功補(bǔ)償；濾除諧波；三相不平衡

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，用電量持續(xù)高位增長，0.4kV農(nóng)村配電網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不相適應(yīng)的問題日漸突出，特別是一些電能質(zhì)量問題，增加了電能損耗、降低了供電的可靠性。主要的電能質(zhì)量問題有：電壓偏高和偏低問題突出，電壓合格率低，嚴(yán)重時(shí)電器設(shè)備不能正常使用；負(fù)荷波動(dòng)大，時(shí)段性和季節(jié)性負(fù)荷波動(dòng)大，尤其農(nóng)村配變長期空載運(yùn)行導(dǎo)致空載損耗過高；三相負(fù)荷不平衡問題嚴(yán)重，中性線電流大，中心點(diǎn)電壓偏移，造成重載相電壓偏低，輕載相電壓偏高，危及設(shè)備安全和供電質(zhì)量。

1　現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)

現(xiàn)在配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置主要以開關(guān)投切電容這類傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置為主，按開關(guān)元器件類型可分為機(jī)械式接觸器投切電容裝置、電子式無觸點(diǎn)可控硅投切電容器裝置、復(fù)合開關(guān)投切電容裝置，它們通過檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的無功需量，然后觸動(dòng)開關(guān)器件投入電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。這類無功補(bǔ)償裝置具有成本低的優(yōu)勢(shì)，但由于自身技術(shù)缺陷，容易出現(xiàn)過補(bǔ)、欠補(bǔ)等情況，易受電網(wǎng)影響，輕載時(shí)容易造成投切震蕩，這類現(xiàn)象會(huì)加劇0.4kV配電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定狀況及損壞開關(guān)元件和其他設(shè)備。

當(dāng)前治理農(nóng)網(wǎng)三相不平衡的方法有均勻分布負(fù)荷、增加短路容量、電感與電容組合調(diào)整等方法，這些治理方法直接成本很低，能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，但造成了大量的人力浪費(fèi)，而且進(jìn)行運(yùn)行切改需要較長的停電時(shí)間，不能從根本上解決問題，也降低了供電公司的供電可靠性，間接影響了供電公司的售電量。當(dāng)前國內(nèi)外治理無功和三相不平衡的主流技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器、三相負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)整系統(tǒng)和電力電子自動(dòng)倒閘裝置、基于△接和Y 接分相補(bǔ)償電容器的不平衡治理裝置及SVG裝置。SVG裝置作為前四個(gè)裝置的升級(jí)替代產(chǎn)品，具有良好的使用效果。

1.1晶閘管控制電抗器（TCR）

TCR 的工作原理如圖1所示，其單相基本結(jié)構(gòu)就是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，而三相多采用三角形連接。通過控制晶閘管觸發(fā)延遲角的大小來控制補(bǔ)償器吸收無功功率的大小。由于單獨(dú)的TCR只能吸收感性的無功功率，因此往往與并聯(lián)電容器配合使用。

圖1　TCR單相電路結(jié)構(gòu)簡圖

1.2晶閘管投切電容器（TSC）

圖2 TSC單相電路結(jié)構(gòu)簡圖

圖2是TSC的單相基本結(jié)構(gòu)，其中的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流的。在工程實(shí)際中，一般將電容器分成幾組，每組都可由晶閘管投切。這樣就可以根據(jù)電網(wǎng)的無功需求投切這些電容器，TSC實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器。

1.3三相負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)整系統(tǒng)和電力電子自動(dòng)倒閘裝置

為實(shí)現(xiàn)負(fù)荷接入相序的自動(dòng)切改以解決三相不平衡問題，市場(chǎng)上出現(xiàn)了三相負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)整系統(tǒng)和電力電子自動(dòng)倒閘裝置兩種自動(dòng)解決負(fù)荷接入相位更改的裝置。但受地區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接入場(chǎng)地及發(fā)展時(shí)間等限制，在行業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其推廣應(yīng)用也受到了各地方獨(dú)特情況的影響。但在其應(yīng)用推廣的地區(qū)，三相負(fù)荷不平衡率基本控制在變壓器運(yùn)行規(guī)程中要求的范圍內(nèi)。

2　SVG補(bǔ)償技術(shù)

目前農(nóng)村電網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量問題主要有：電壓偏高和偏低問題、電壓合格率低、負(fù)荷波動(dòng)大、三相負(fù)荷不平衡問題、功率因數(shù)偏低及諧波電流大等問題，本文提出的SVG補(bǔ)償技術(shù)可以有效解決上述問題。

SVG補(bǔ)償技術(shù)是當(dāng)今無功補(bǔ)償領(lǐng)域最新技術(shù)的代表，屬于靈活柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的重要組成部分。SVG補(bǔ)償技術(shù)采用先進(jìn)的大功率可關(guān)斷型電力電子技術(shù)，可以快速連續(xù)補(bǔ)償無功，準(zhǔn)確控制系統(tǒng)電壓和功率因數(shù)，濾除電力諧波凈化電源，平衡三相負(fù)荷等，可有效降低線路損耗，延長電力設(shè)備使用壽命，綜合解決0.4kV配網(wǎng)中的無功、諧波、電壓波動(dòng)以及三相不平衡等主要電能質(zhì)量問題。

低壓SVG補(bǔ)償裝置具備無功補(bǔ)償功能，功率因數(shù)可達(dá)0.95以上；具備三相不平衡補(bǔ)償功能，三相不平衡度可降至3%以下；具備電壓支撐選配功能；容感性負(fù)載補(bǔ)償效果可調(diào)；實(shí)時(shí)補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于50μs，全響應(yīng)時(shí)間小于5ms；無過補(bǔ)、無欠補(bǔ)、無諧振；補(bǔ)償容量等于安裝容量，不受系統(tǒng)電壓跌落影響；同時(shí)濾除2～50次諧波；可多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，最大限度滿足實(shí)際需求；具有無線四遙功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程和就地控制。

3　低壓SVG補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用效果

某配網(wǎng)變壓器為柱上安裝，容量200kVA，下級(jí)負(fù)載主要為居民用電、學(xué)校用電、家庭作坊、路燈照明以及臨街商戶用電，負(fù)荷性質(zhì)復(fù)雜。安裝60kVar的低壓SVG裝置，用于解決上述電能質(zhì)量問題。

表1　低壓SVG投運(yùn)前電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)

從表1中可以看出，C相電流幅值明顯高于A、B兩相，中性線電流高達(dá)106.8A。投運(yùn)后，電流三相不平衡下降到7.8%，中性線電流大幅下降到34.8A。

表2　低壓SVG投運(yùn)后電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)

將表1與表2進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)上升明顯，從治理前的0.799上升為0.99，此外由于低壓SVG的諧波抑制功能，電流諧波畸變率從治理前的21%、22%、22%下降為1.9%、1.8%、1.9%。

低壓SVG裝置安裝后，電能質(zhì)量改善明顯：諧波含量降低、電壓、電流波形曲線平滑，補(bǔ)償后無功功率下降，功率因數(shù)達(dá)到0.98以上；提升電壓合格率，提高供電質(zhì)量，延長變壓器使用壽命，保證供電經(jīng)濟(jì)性。節(jié)能效果顯著，僅考慮無功節(jié)能和諧波節(jié)能兩項(xiàng)效益，經(jīng)測(cè)算設(shè)備投資回收期約為3.1年左右。

4　結(jié)論

本論文研究了現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)的不足，針對(duì)不足提出了低壓靜止無功發(fā)生器SVG技術(shù)。該技術(shù)具有無功補(bǔ)償、濾除諧波和治理三相不平衡等電能質(zhì)量問題。通過應(yīng)用于某配電變壓器臺(tái)區(qū)驗(yàn)證了其技術(shù)的有效性。該技術(shù)大大提高了供電公司供電可靠性，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

翟季青（1974-），男，碩士，從事電力物資管理工作。