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。
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)。
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。
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。
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。