动态无功补偿装置在66 kV变电站的应用

田 东，张大伟，安大庆

（国网丹东供电公司，辽宁 丹东 118001）

动态无功补偿装置在66 kV变电站的应用

田 东，张大伟，安大庆

（国网丹东供电公司，辽宁 丹东 118001）

随着智能电网的发展，如何根据用户和电力系统的用电和供电条件，针对不同情况认真科学地做好无功补偿，充分挖掘供电设备的潜力，降低电能损耗，改善电能质量，保证供用电设备的安全、稳定、可靠运行有着重要意义。以采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的SVG装置为例，介绍了动态无功补偿装置的结构原理，并结合实际对其应用效果进行了分析。

动态；无功补偿；SVG；智能电网

由于电力系统飞速发展，各部门对降损节电、电压质量都提出了更高的要求，为充分发挥输、变电设备的经济效益，减少电能损失，需要用户端和系统内变电所线路合理地配置一定的无功补偿装置。如何根据用户和电力系统的用电和供电条件，针对不同情况认真科学地做好无功补偿，充分挖掘供电设备的潜力，降低电能损耗，改善电能质量，保证供用电设备的安全、稳定、可靠运行有着重要意义，加强电网无功补偿设备的智能化改造在智能电网发展建设中势在必行。

丹东供电公司现有的无功补偿方式多为电容器补偿，属于静止型无功补偿，其结构简单，适用于负荷较为平稳的供电线路。当电网无功变化较大时，电容器组就不能线性平滑的调节无功输出，更不满足智能电网无功自动调节和设备智能化的要求。本文提出的动态无功补偿设备就能很好地解决类似问题，实现在平滑调节无功输出的同时，可对电容器进行自动投切，控制其投切次数。此外还具备消除一定电网谐波、解决电网三相不平衡、抑制闪变等功能［1］。

1 现状分析

丹东电网66 kV杨木川变电站供电区域内负荷以冶炼及农业为主，1号、2号主变分别代两段负荷。目前杨木川变配置1组容量为1 100 kvar电容器组，挂在Ⅰ段母线上，Ⅱ段母线未配备电容器组。杨木川变66 kV母线配入电源线2条，分别为毛甸子变66 kV毛杨线 （亘长14.6 km）和石城变石毛线 （亘长21.17 km），杨木川变为末端变电所，无66 kV母线配出。丹东电网杨木川变正常方式为毛青线经毛甸子变，毛杨线代杨木川变全部负荷，石毛线备用。杨木川变电所现有2台主变分列运行，容量分别为1号主变压器：10 000 kVA；2号主变压器：16 000 kVA，10 kV母线最大运行方式时短路容量为89.5 MVA；最小运行方式时短路容量为44.5 MVA；10 kV母线有4回配出线，线路分别是轧钢线、电熔镁线、杨木川线和安平河线，其中轧钢线是专线为辽东钢铁总厂供电，辽东钢铁总厂以电弧炉炼钢为主，电炉容量为3 200 kVA；电熔镁线除为电熔镁负荷供电外还带有1个小水电站；杨木川线为普通民用供电；安平河线上有普通民用负荷和丹东鸿源合金有限公司，丹东鸿源合金有限公司属中频炉生产企业，其用电变压器容量为400 kVA。杨木川变电能质量监测结果显示66 kV母线最高电压为 65.67 kV，最低电压为61.62 kV，10 kV母线最高电压为11.50 kV，最低电压为10.3 kV。测试结果以95%概率大值作为判断合格与否的依据，3～7次谐波电流值如表1所示，电压畸变率、闪变等参数如表2所示。

表1 实测谐波电流值与国标值比较

表2 其它各项电能质量指标

杨木川变供电范围内主要负荷为炼钢、电熔镁与农业负荷，且供电半径较大，该所距220 kV宽甸变电站约50 km，由66 kV毛杨线供电，为末端变电所，电压水平较低，同时由于辽东钢铁总厂生产时，产生大量谐波污染，造成电压长时、短时闪变。目前杨木川变电站10 kVⅡ段母线电压短时闪变、长时闪变超过国标规定的限制；10 kV轧钢线上的3、4、5次谐波电流超出了根据国家规定按照供电变电所母线短路容量换算的谐波电流允许值。因此杨木川变电站的电压质量问题已经严重影响当地厂矿、居民的生产、生活，对于电网系统该变电站进行集中动态无功补偿非常有必要。

2 实施效果

SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值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。

2.1 实施内容

结合丹东电网的实际，选择适合区域应用，容量为5 000 kvar电压等级为66 kV变电站内10 kV供电系统中的动态无功补偿装置 （SVG）产品技术条件，进行产品安装。根据杨木川66 kV变电站负荷特性和谐波含量、电压变化规律，设计SVG产品计算和系统仿真。针对66 kV杨木川变电站SVG的安装地点，研究丹东电网的线路潮流控制规律和无功功率控制方法，辅助电网用SVG控制器的设计，以实现对电网潮流控制、无功功率平衡能力以及配电电能质量的改善，在已掌握的SVG技术基础上，进一步进行工程应用研究，IGBT单元及其控制器的研制，控制器和功率单元系统集成及成套装置试验研究。在以往研发成果为基础，以SVG系统集成为目标，通过SVG装置现场试运行作为考核方式。在进行66 kV变电站内装设1套SVG装置，基于SVG装置研制的前期，可采用理论分析、试验验证和仿真技术相结合的方式，对静补装置与电力系统之间相互作用开展研究。控制器应能适应电力系统的各种工况，符合电磁兼容性要求，同时，要进行控制系统人机界面以及与变电站自动化系统接口技术的研究，明确分散控制与中央控制间相互关系。对各项保护措施要仔细加以研究，包括继电保护、过电压保护以及其它方面的电气保护，为了使装置接入系统后，不降低电力系统运行的可靠性，可采用冗余保护策略。监控系统的方案与保护方案一并考虑，要有一定的运行模式和控制调节措施，确保对设备运行状态有效监控。结合输电网特点，研究SVG与电网的联接技术，确保联网运行安全［2-4］。

2.2 效果检查

SVG装置成功在杨木川66 kV变电站投运近1年，在正常和异常情况下，降低了丹东电网一次有功网损，为系统提供无功出力-5 000 kvar（感性）～＋5 000 kvar（容性）。投入动补装置后，对杨木川变末端电压有显著提高，并可有效吸收谐波对系统电压的影响，使电压波动及闪变也得到良好的控制。改善了电网供电质量，为杨木川变电站所带的冶炼及农业等的用电设备创造了良好的供电系统。装设动态无功补偿SVG装置对降低线路损耗是行之有效的，节省了大量国家资源，可以实现动态快速调节无功输出，跟随负荷变化精确调节无功输出，最大限度地满足系统电压稳定的要求，同容量SVG装置补偿效果比传统无功补偿设备高1.2倍左右，可以根据需要实现设备运行状态的在线监测、远程监控。无功调整速度很快，响应时间小于10 ms，控制系统响应时间小于1 ms，控制电压波动能力强，具有电流源特性，输出电流不受母线电压影响，可以有效支撑系统电压，设备对系统参数不敏感，不会发生谐振或谐波放大，具备系统级、装置级、器件级三重保护，设备采用新型 IGBT元件，成套设备效率高，系统损耗小。无功补偿装置SVG属于第三代动态无功补偿技术，基于电压源型逆变器的补偿装置实现了无功补偿功能的飞跃，不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电气器件的高频开关 （IGBT）实现无功补偿的变换，它能滤除系统的各次谐波，同时动态补偿系统无功的需求。SVG动态快速调节无功输出，最大限度的跟踪系统的无功需求，快速补偿，满足功率因数补偿要求。在补偿容量足够的前提下，可保证任意时刻的功率因数接近于1，补偿容量双向可调，等容量的吸收和发出无功，响应速度快，可有效抑制电压波动等电能质量问题。

3 结束语

随着无功补偿行业的发展，动态无功补偿技术不断成熟，SVG已成为迄今最先进的补偿技术，它对煤炭、电力、冶金、化工等行业的节能降耗和供电安全起到关键性作用，SVG将在电力系统中得到更加广泛的应用。

［1］ 王洪生，孟庆梅，梁凤珍.供电企业无功补偿运行分析［J］.东北电力技术，2001，22（1）：26-28.

［2］ 刘劲松，郑志勤，任普春.基于直接电流法控制接入点电压的 SVG控制策略研究 ［J］.东北电力技术，2006，27（3）：15-17.

［3］ 李春东.SVQC型变电站无功补偿装置与AVC区域控制系统接口方案研究 ［J］.东北电力技术，2013，34（7）：42-44.

［4］ 庄文柳，张秀娟，刘文华.静止无功发生器SVG原理及工程应用的若干问题 ［J］.华东电力，2009，37（8）：25-28.

Application on Dynamic Reactive Power Compensation Device in 66 kV Substation

TIAN Dong，ZHANG Da⁃wei，AN Da⁃qing
（State Grid Dandong Electric Power Supply Company，Dandong，Liaoning 118001，China）

With the development of smart grid，ensuring power supply equipment safe，stable and reliable operation is very important. According to the user of electric power system，electricity and power supply conditions，relevant departments should make a good job by reactive compensation，untapped potential，reducing power loss and improving power quality，etc.This paper makes the self com⁃mutated voltage type circuit as a SVG device of dynamic reactive power compensation for example.Structure principle of dynamic reac⁃tive power compensation device is introduced，the application effect combined with the practice is analyzed.

Dynamic；Reactive power compensation；SVG；Intelligent power grid

TM761＋.1

A

1004-7913（2015）11-0060-03

田 东 （1977—），男，学士，高级工程师，从事电气测量、仪器仪表、电能质量、电网环境保护等专业的监督工作。

2015-08-22）