摘要：本文對SVG的諧波抑制、變壓器直流偏磁抑制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，滿(mǎn)足兩段母線(xiàn)分列、并列運行的要求，成功研發(fā)出首套20kV配電網(wǎng)，集中-分布綜合補償靜止型無(wú)功發(fā)生器(SVG)。在通過(guò)RTDS仿真驗證了關(guān)鍵技術(shù)正確性的前提下，在工程現場(chǎng)進(jìn)行調試投運，結果表明此SVG運行穩定、滿(mǎn)足了工業(yè)園區高電能質(zhì)量的需求。

關(guān)鍵詞:無(wú)功調節；諧波電流抑制；非直掛式接入；直流偏磁

0引言

為適應交直流混聯(lián)配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，同時(shí)提高工業(yè)園區電能質(zhì)量，保證園區內電壓穩定、敏感負荷的正常運行。針對交直流混聯(lián)配電網(wǎng)的特殊應用需求及工業(yè)園區的工況，我司對此工程應用背景進(jìn)行了詳細地分析。在此前提下，針對相關(guān)問(wèn)題研究了靜止型無(wú)功發(fā)生器系統(staticvargenerator.SVG)在此工況下應用的關(guān)鍵技術(shù)，在通過(guò)仿真驗證的前提下，于2018年1月19日在工業(yè)園區110kV星華變通過(guò)驗收，成功投運，成為國內投運的首套20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償SVG截至目前設備運行正常，提升了區域內綜合電壓合格率，提高了電網(wǎng)側的電壓質(zhì)量，保障了敏感負荷的正常運行。

該項目中研發(fā)的配電網(wǎng)集中-分布綜合補償SVG接入2段20kV母線(xiàn)，并具備分列、并列運行兩種模式，額定容量10Mvar。針對母線(xiàn)中的5次諧波，開(kāi)發(fā)了5次諧波電流抑制功能：針對變壓器直流偏磁問(wèn)題，通過(guò)調整SVG輸出指今電壓對直流分量進(jìn)行了抑制，從而保障了SVG的滿(mǎn)功率穩定運行。

1應用場(chǎng)景研究與分析

蘇州工業(yè)園區高電能質(zhì)量配電網(wǎng)應用示范工程，以構建高電能質(zhì)量配電網(wǎng)示范區為目標，在對示范園區用戶(hù)電能質(zhì)量差異化需求分析和電能質(zhì)量等級劃分的基礎上，通過(guò)開(kāi)展電能質(zhì)量補償設備配置、補償設備的協(xié)調控制，針對蘇州園區的電能質(zhì)量問(wèn)題配置補償設備的方式來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的高電能質(zhì)量需求。其中，兩套SVG設備建設在蘇虹路工業(yè)區110kV星華變電站20kVIM和IIIM上，調節無(wú)功功率和節點(diǎn)電壓。

SVG接入點(diǎn)電壓20kV，每套SVG額定容量為10Mvar，接線(xiàn)示意圖如圖1所示。

經(jīng)分析研究此應用場(chǎng)合有以下3點(diǎn)情況：

1)由圖1可見(jiàn)，兩套SVG視開(kāi)關(guān)QF狀態(tài)不同，將存在分列和并列運行兩種狀態(tài)。

2)分析20kV母線(xiàn)電壓背景，發(fā)現5次諧波較大(約4%)，超過(guò)20kV母線(xiàn)的諧波電壓要求(一般20kV母線(xiàn)諧波取10kV的國標要求(3.2%))。20kV母線(xiàn)電壓諧波含量如圖2所示。

3)有可能出現直流分量導致變壓器偏磁。SVG并列運行策略主要由DFACTS協(xié)調控制平臺考慮，SVG本身配合其完成即可，此處不進(jìn)行詳述。本文主要針對此應用場(chǎng)合需求，結合主電路結構，在實(shí)現無(wú)功調節基本功能的同時(shí)，通過(guò)算法解決諧波、直流分量引起變壓器偏磁等附加問(wèn)題，以適應本工程應用環(huán)境。

2SVG主電路結構

本工程中采用的20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償靜止型無(wú)功發(fā)生器主要包含串聯(lián)變壓器、起動(dòng)柜、功率柜、控制柜這幾部分，并通過(guò)通信與DFACTS平臺進(jìn)行信息交互，接收DFACTS對SVG關(guān)于啟停、控制方式、控制目標的遙控、遙調信號，上送系統電壓、電流、SVG電流、功率及狀態(tài)等遙測遙信量。結構如圖3所示。

圖3中，交流采集量分別為利用PT1采集的20kV母線(xiàn)電壓、利用CT1采集的20kV系統電流、利用霍爾采集的SVG電流。直流采集量為功率單元內各電容直流電壓。

3SVG控制策略

SVG的控制策略包括兩部分:1)基波控制策略，主要實(shí)現SVG的基本功能，無(wú)功控制；2)適應配電網(wǎng)應用場(chǎng)景附加的控制功能，如諧波電流抑制、直流分量抑制等。

SVG控制框圖如圖4所示，包括基波控制、5次諧波電壓控制和直流電流控3大部分，在指令電壓處進(jìn)行疊加后，經(jīng)PWM調制生成脈沖。

1)基波控制策略

SVG的主要功能為利用對SVG電流的基波控制來(lái)調節無(wú)功功率，SVG的基波控制主要包括外環(huán)和內環(huán)，外環(huán)為直流電壓環(huán)和無(wú)功環(huán)(B視控制方式不同，可為固定無(wú)功功率、功率因數、20kV系統電壓、20kV處系統無(wú)功)，輸出電流定值的d、q分量，進(jìn)電流內環(huán)進(jìn)行解翹控制，以獲得基波電壓指令

2)應對諧波的控制策略

20kV母線(xiàn)電壓中5次諧波含量偏大，且其為110kV母線(xiàn)下負荷引起，SVG的有源濾波功能僅可抑制接入母線(xiàn)下負荷引起的諧波，即諧波電流，對輸電線(xiàn)中諧波電壓存在導致SVG接入點(diǎn)諧波電壓偏大沒(méi)有足夠的抑制能力。為不影響SVG工作狀態(tài)提高SVG基波控制容量，需要研究應對諧波電壓的控制策略，使得SVG回路中5次諧波電流較小控制原理為SVG輸出5次諧波電壓，其幅值為20kV中5次諧波電壓的一半，相位差30°，從而使得SVG電流中不含5次諧波電流。其中，5次諧波經(jīng)坐標變換為負序，坐標變換時(shí)與正序方向相反。

3)應對直流分量的控制策略

SVG采用SPWM橋式逆變結構，在實(shí)際應用中，由于各種因素的影響，輸出電壓脈沖列在基波周期內正負伏秘值不相等，從而導致加在變壓器初級的電壓含有直流分量，造成直流偏磁問(wèn)。為避免此種情況發(fā)生，在SVG中考慮加入直流分量抑制功能，即控制回路中的直流電流。

其控制策略如圖4所示，其中k根據直流分量大的相別判斷結果可為A、B、C相。在直流分量大的相，其值也很小的情況下，A、B、C三相的直流分量電壓指令均為0;某相直流分量較大需要控制，則此項直流電流控制輸出的指令電壓經(jīng)PI控制器產(chǎn)生，其他兩相指令為0。

4仿真驗證

為5次諧波電壓對抗、直流分量抑制功能，利用RTDS仿真平臺搭建了20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償靜止型無(wú)功發(fā)生器接入系統的仿真模型，通過(guò)在110kV母線(xiàn)下加5次諧波源制造20kV諧波問(wèn)題，其5次諧波含量約4%。通過(guò)調整A相12個(gè)功率單元左右橋臂IGBT參數模擬器件參數差異引起直流偏置。

其實(shí)驗結果分別見(jiàn)表1和表2。

5現場(chǎng)試驗結果

SVG實(shí)現了對20kV母線(xiàn)處無(wú)功功率的快速動(dòng)態(tài)調節，階躍時(shí)的無(wú)功功率曲線(xiàn)如圖5所示?？梢?jiàn)SVG可在10ms以?xún)韧瓿蔁o(wú)功調節。

投運前通過(guò)分析現場(chǎng)20kV側交流電壓波形已知5次諧波含量較大且隨負荷變化隨時(shí)改變，為此，在投運時(shí)分別投退5次諧波電壓前饋控制功能，相同功率下的電流波形如圖6所示。

在投入5次諧波電壓前饋控制的情況下，進(jìn)行功率實(shí)驗，發(fā)現5Mvar情況下，電流波形明顯畸變，分析電流錄波，發(fā)現存在直流分量，投入直流電流控制功能，實(shí)現10Mvar滿(mǎn)功率運行。5Mvar功率時(shí)，投入直流電流控制前后的SVG電流波形如圖7所示。

6安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

6.1產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式，響應時(shí)間短，全數字控制算法，運行穩定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無(wú)功，可對2～51次諧波進(jìn)行全補償或特定次諧波進(jìn)行補償；

(3)具有完善的橋臂過(guò)流保護、直流過(guò)壓保護、裝置過(guò)溫保護功能；

(4)模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

(7)多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

6.2型號說(shuō)明

6.3尺寸說(shuō)明

6.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

7.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ幱扇劢z、復合開(kāi)關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長(cháng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護、缺相保護、過(guò)諧保護、過(guò)溫保護等保護功能。

7.2型號說(shuō)明

1)AZC系列智能電容器選型：

2)AZCL系列智能電容器選型：

7.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無(wú)功補償裝置智能電容方案

8結論

為滿(mǎn)足工業(yè)園區高電能質(zhì)量配電網(wǎng)應用示范工程中對無(wú)功補償設備的需求，本文在充分理論研究、借助完善的仿真驗證手段的基礎上，對傳統的級聯(lián)型SVG進(jìn)行了功能優(yōu)化，解決了諧波問(wèn)題直流分量等問(wèn)題對設備自身以及配電網(wǎng)帶來(lái)的影響，研制了首套20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償靜止型無(wú)功發(fā)生器，順利投運，并穩定運行至今。提高了園區的電能質(zhì)量，保障了芯片廠(chǎng)等重要敏感負荷的順利運行。

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