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高压动态无功补偿装置(SVG)在城网改造中的应用

发布时间:2020-04-14 作者:新风光

1引言

根据与四川省某电力公司的合作协议,山东新风光电子科技发展有限公司成功研制了FGSVG-C2.0/10高压动态无功功率补偿装置。并在电力公司调试所的协同下完成了装置现场安装、主电缆及控制线路的铺设、继保的整定调试、电缆的耐压试验及装置本身的性能调试及检验等一系列工作。经严格的程序批报,正式在县级电力网络某变电所运行。在联调及试运行期间装置未对电网正常运行带来任何不良影响,运行效果显著。
2现场概述

某变电所采用固定电容器在10kV母线上进行无功补偿,电容器组的投切方式为值班员根据电网负载情况手动投切,不能满足实时调节电网无功功率的需求。
采用固定电容器的无功补偿方式后,从现场实际运行的情况来看,电网在重负荷时存在“欠补”现象,在低负荷时存在着一些无功倒送,即“过补”现象,这样不仅会使变压器二次侧电压升高,而且还会使容性无功功率在输电线路上传输,增加电能损耗。
采用SVG具有的容性无功、感性无功连续调节的能力,可以解决仅有电容器投切时的阶梯式无功补偿及无功倒送问题,实现无功功率的真正动态实时补偿。
3方案实施

某变电所无功补偿装置安装在变压器次级10kV侧进行集中补偿,目的是降低35kV线路无功损耗和控制10kV电网电压和功率因数。方案中保留了原有静补固定电容器,在固定电容器容量的基础上增加FGSVG-C2.0/10动态无功补偿。这种方案性价比高,即实现了满足用户需求,达到了降低35kV线路无功损耗和控制10kV电网电压和功率因数的目的,又降低了对无功补偿设备的投入成本。

使用我公司的FGSVG-C2.0/10后,稳定了电网母线电压、降低了网损,解决了无功倒送的现象,提高了系统的输送能力。

某变电所无功补偿装置改造方案的一次侧接线图如图1所示:

4 SVG基本原理

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图2 SVG工作原理 

SVG原理示意图如图2所示。在交流电路中,电压和电流的相位有三种情况,当负载是(或呈现)纯电阻特性时,电压和电流相位相同;当负载是(或呈现)电感特性时,电压相位超前电流相位;当负载是(或呈现)容性特性时,电压相位滞后电流相位。

SVG基本原理就是将自换相桥式电路通过变压器或者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就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的,如表1所示。
表1 运行模式原理表

5 FGSVG技术优势

FGSVG是目前最为先进的无功补偿装置,基于电流源型逆变器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件,而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲,SVG较传统的无功补偿装置有如下优势:
(1)响应速度更快
SVG响应时间:≤5ms。
传统静补装置响应时间: ≥20ms。
SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换,这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
(2)电压闪变抑制能力更强
SVC对电压闪变的抑制最大可达2:1,SVG对电压闪变的抑制可以达到5:1,甚至更高。SVC受到响应速度的限制,其抑制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加。而SVG由于响应速度极快,增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。
(3)运行范围更宽
SVG输出电流不依赖于电压,表现为恒流源特性,能够在额定感性到额定容性的范围内工作,具有更宽的运行范围。而SVC本质是阻抗型补偿,输出电流和电压成线性关系。因此系统电压变低时,同容量SVG可以比SVC提供更大的补偿容量(SVG若配合同容量固定电容器可构成0~2倍容量的动态容性无功补偿器,性价比更高) 。
(4)补偿功能多样化
SVG具有恒装置无功功率、恒系统侧功率因数、恒系统侧电压模式、恒考核点无功功率模式、负载补偿模式等等。除了以上功能以外还具有一定的补偿负载谐波的能力,也能够根据用户实际需要,对负荷谐波电流等电能质量问题进行综合补偿。
(5)谐波含量低
SVG采用了载波移相PWM技术和功率单元模块级联多电平技术,自身产生的谐波含量极低,装置输出侧无需滤波器。
6 现场应用效果

FGSVG投运后,两年以来产品运行效果良好。选用新风光SVG设备基本参数如下:额定容量:2000kvar,额定电压:10kV,系统频率:50Hz,响应时间:≤5ms,损耗:≤1%,输出电流THD:≤3%,无功调节方式:容性、感性连续可调,防护等级:IP43级或根据用户需求定制。
设备运行电压曲线如图3所示,电流曲线如图4所示,功率因数曲线如图5所示
(1)电压曲线

(2)电流曲线

(3)功率因数

7效益分析
7.1降低线路的有功功率损耗
该变电所的35kV进线输电线路长18.12km,线损比较严重,线径为70,铝芯线,铝芯线的电阻按0.4Ω/km计算,忽略输电线路的电抗损耗,输电线路的电阻:。

根据表2中的历史数据,整个变电站的最大有功功率,假设补偿前电网的功率因数为,补偿前的无功功率为,补偿前后电网的有功功率P不变,补偿后保证电网的功率因数在以上。

7.2降低变压器的损耗
  

7.3减少视在功率
在保证有功功率P不变的情况下,增加无功补偿后,可以减少视在功率,从而减少变压器容量,功率因数由0.9提高到0.98时。可减少的视在功率为
即变压器在输送同样的有功功率的情况下,所需要变压器的容量可以减少0.495MVA。
7.4改善电压质量
在线路中电压损失△U 的计算如下:
式中 △U --线路中的电压损失,kV;
P--有功功率,MW;
Q--无功功率,Mvar?
U--额定电压,kV;
R--线路的总电阻,Ω;
XL--线路感抗,Ω。
由上式可见,当线路中的无功功率 Q 减少以后,电压损失△U 也就减少了。
7.5运行日志分析

8 结束语

四川省某电力公司安装FGSVG-C2.0/10无功补偿装置后,不仅可以实现提高电网功率因数的目的,并且由于SVG具有容性、感性无功连续调节的能力,消除仅有电容器投切时的阶梯式无功补偿及无功倒送问题,从而实现无功的真正动态实时补偿。SVG以其卓越的性能在电网改造中必将大放光彩!