静止无功补偿发生器在变电站的运行分析

高颂九

（鄞州供电局，浙江 鄞州 315020）

1 SVG应用背景

鄞州区面积1346 km2，2010年电网最高负荷1200 MW，售电量63.5亿kWh，负荷年增长率15%以上。在全区27450个工业用户中，有重大谐波产生可能的冶炼及压延加工企业273个，年用电量为6.2339亿kWh，达总用电量的10%左右，比例还是相当高的。

2008年10月30日，位于鄞州集中了大量冶炼企业区域的110 kV钱岙变电站1号主变压器投产，该变电站10 kVⅠ段母线上的1号和3号常规并联补偿电容器装置在投产当日晚间即有多个电容器的熔断器熔丝烧毁，造成电容器开关柜开口三角电压保护动作而跳闸。更换熔丝重新投运后，又出现类似情况，致使电容器开关柜无法正常投运。由于该变电站未安装故障录波仪，也没有安装谐波在线监测装置，因此无法确认熔丝烧毁的确切原因。根据该区域周边存在谐波企业的事实，怀疑钱岙变电站的负荷存在谐波超标问题，并于2008年11月3日会同厂方技术人员对10 kVⅠ段母线进行现场谐波实际测量，测量结果表明22∶00后110 kV钱岙变电站的10 kVⅠ段母线谐波严重超标。

研究表明，根据并联电容器装置的阻抗与系统阻抗组合的不同比例，电容器装置对谐波有放大或抑制作用。如果使用常规并联电容器装置（未考虑谐波影响），因在电抗器配置时仅考虑防止涌流，电抗率一般选0.1%～1%，这种配置将对谐波有放大作用，严重时会引起系统谐振，这也是导致钱岙变电站并联电容器熔丝熔断[1]的原因。

由于静止无功补偿发生器（SVG）既能动态补偿无功、又能补偿谐波[2-5]，因此，鄞州供电局选择SVG先对110 kV钱岙变电站10 kVⅡ段母线进行无功补偿和谐波治理，对10 kVⅠ段母线的谐波治理留待Ⅱ段母线治理见效后再作考虑。表1为110 kV钱岙变电站电容器装置的配置参数。

2 SVG选择

110 kV钱岙变电站10 kV侧短路容量小方式下为220 MVA，根据国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》中的折算公式，其允许的谐波电流值应放大2.2倍。表2为晚间负荷高峰时在钱岙变电站2号主变压器10 kV侧实测的谐波电流数值，此时1号、2号主变压器分列运行，2号、4号电容器均未投运，此时检测出来的谐波电流为负荷的实际谐波电流。表中为未超标，×为超标。

从表2可以看出，在实测当时，主变压器负载率约50%的情况下，5次谐波和7次谐波超标，其他合格。实际上，在钱岙变电站虽然有一定的谐波量，但并不严重，导致谐波超标严重的原因是常规并联电容器的存在使谐波放大，而随着负荷的增加，谐波电流的总量也增加，二者共同作用，使流过普通电容器的电流过大，最终使并联电容器烧毁。所以，采用SVG并不会放大谐波，却可以根据需要来发出谐波以消除谐波负荷，并使无功得到补偿。根据无功需求和谐波分析，与厂家协商后，钱岙变电站2号电容器装置选择容量为3 Mvar的SVG装置。

3 电流互感器及谐波仪安装

SVG采样电流互感器（TA）的安装位置有两种：安装于网侧，即主变压器10 kV侧，采样电流为系统电流；另一种是安装于负荷侧，采样电流为负荷电流。当安装于网侧时，SVG会根据该采集点实际采集到的谐波值，即系统中剩余的谐波电流，加上SVG补偿发出的谐波电流后，计算并显示负荷侧谐波电流。安装于负荷侧时，在采集点采集到的谐波电流就是实际的负荷谐波电流，并据此来发出谐波补偿电流，系统中剩余多少谐波电流无法检测，如果靠计算，则忽略电容器的放大因素。同时，安装在负荷侧就只能检测一路负荷的谐波电流，若要检测和补偿母线上的负荷谐波，只能安装在网侧。安装在网侧时，须注意在谐波未全额补偿时，SVG显示的负荷侧谐波是通过计算获得的，实际上已包含该段母线上常规并联电容器放大后的谐波电流，实际负荷中的谐波电流要比SVG计算出来的小。

由于SVG在鄞州供电局是初次应用，运行经验不足。为了能对SVG的运行情况进行实时在线监控，掌握并研究SVG运行数据，在SVG与10 kV母线连接处的TA上安装了以色列产的G4谐波在线监测仪。通过对谐波监测仪数据的分析，可以更清晰地了解SVG发出的谐波电流、无

表1 110 kV钱岙变电站电容器配置

表2 110 kV钱岙变电站2号主变压器10 kV侧谐波电流数值及超标情况

功电流、有效电流、母线谐波电压畸变率等情况。

4 运行状态及分析

用SVG进行谐波电流补偿时，其谐波补偿容量受到双重限制：

（1）在实际谐波补偿过程中，补偿谐波电流受调幅系数限制，其最大补偿电流为：

式中：Kh为调幅系数（取值0～4）；In为n次谐波电流；IN为SVG额定电流（钱岙变电站的SVG额定电流为165 A）；n为谐波次数。例如，对于5次、7次谐波，在调幅系数取2的时候，其最大补偿电流分别为 I5=2×165×（1/5）=66 A，I7=2×165×（1/7）=47 A。

（2）SVG补偿时优先补偿基波无功功率，剩下的容量再补偿谐波；也可以事先分配好无功补偿容量和谐波补偿容量，但这种方式有可能会浪费部分无功补偿容量（在不需要进行谐波补偿时，由于事前已经进行容量分配设置，无功补偿容量被设置了限值）。也就是说，各次谐波的补偿电流既受调幅系数的限制，也受无功分配容量的限制。

4.1 无功补偿容量1 Mvar、调幅系数1.0

在SVG刚投入运行时，选择运行模式是无功补偿容量1 Mvar，调幅系数1.0，补偿5次和7次谐波。表3为无功补偿容量1 Mvar及调幅系数1.0时的系统谐波数值（晚间，4号电容未投运）。

表3 无功补偿容量1 Mvar、调幅系数1.0时的系统谐波值

此时SVG对5次谐波的最大补偿电流是32 A、7次谐波的最大补偿电流是23 A，当负荷谐波电流超过此限额时，SVG的补偿电流维持不变，而低于此数值时，SVG对谐波电流进行全额动态补偿。即SVG的谐波补偿电流受到了调幅系数的限制，I5=1.0×165×（1/5）=33 A，I7=1.0×165×（1/7）=23.6 A。

经过补偿之后，系统依然存在较大谐波电流，如5次谐波电流达55.7 A，仍然超标，此时系统的10 kV母线电压畸变率最大约为4%，勉强达到4%以内的要求。

4.2 无功补偿容量1 Mvar、调幅系数1.8

运行数据表明，SVG对谐波电流并未全额补偿，而且5次谐波电流还处于未达标状态，其原因是已达到调幅的限额。通常，总是希望能滤去更多的谐波，至少使谐波电流和谐波电压畸变率符合要求。为此，将运行方式设置为无功容量1 Mvar和调幅系数1.8，运行情况如表4所示（4号电容器未投运）。

此时SVG的5次、7次谐波补偿电流分别为59.7 A和42.9 A，系统剩余谐波电流全部符合要求，母线电压畸变率也在2%以内，符合要求。谐波仪检测到的情况也表明：SVG发出的谐波电流为73 A、基波电流为63 A，母线谐波电压畸变率在2%以内。

但补偿谐波电流仍受调幅系数限制，即I5=1.8×165×（1/5）=59.4 A， I7=1.8×165×（1/7）=42.4 A， I谐波=73 A。

虽然理论上通过增加调幅系数，并在足够的分配容量情况下，可以进一步增加SVG发出的谐波补偿电流，使流入系统的谐波电流进一步减少，但事实上，在调幅系数为1.8的情况下，容易导致功率模块烧坏，说明已达到了谐波补偿能力的限值。设备生产厂家也认为调幅系数在1.5以内较为安全。据此分析，SVG的最大谐波补偿能力为 I5＝1.5×165×（1/5）＝49.5 A， I7＝1.5×165×（1/7）＝35.36 A， 可补偿的谐波电流＝60.8 A，约占SVG额定电流165 A的38%。

表4 无功补偿容量1 Mvar、调幅系数1.8时的系统谐波值（晚间）

在调幅系数为1.5，2号主变压器负载率为50%、且4号电容器未投运情况下，谐波治理已能满足国标要求， I5剩余＝73-49.5＝23.5≤44 A， I7剩余＝43-35.25＝7.75≤33 A。但这与理想的谐波补偿容量仍有很大差距。这也再次说明，SVG适宜以无功动态补偿为主，谐波补偿为辅，如需要更多的谐波补偿，建议选用有源滤波装置APF。

如果SVG仅能补偿上述谐波容量，则当2号主变压器负荷增大时，电能质量将达不到要求，4号电容器也会进一步放大剩余的谐波电流，特别是当2号主变压器满载时，负荷侧5次谐波电流I5＝146-49.5＝96.5 A，不但大大超出国标要求，并且在4号电容器投运时，系统侧谐波电流和流过并联电容器的谐波电流将进一步放大，不仅使电能质量恶化，还会导致4号电容器烧毁。因此需要继续与厂方协商，对SVG进行改良，使其谐波补偿能力达到最大容量，而在当前情况下，在2号主变压器容量超过50%时，必须加强对4号电容器运行状态的监控，避免电容器烧毁。

5 结语

实际运行表明，SVG主要适合用于无功动态补偿，兼顾少量的谐波补偿。进行谐波补偿时，只能补偿低频次的谐波，且补偿能力仅为SVG额定容量的1/3左右，此时运行效果较好。如果在谐波含量较大的场合，可采用有源滤波装置APF进行谐波治理，或有源滤波装置APF与具备谐波抑制能力的并联电容器装置（选择合适的电抗率）联合应用更好；如果谐波频率较少（3种以内），则可利用无源滤波，或SVG与无源滤波的组合。此外还有其他的组合方式，主要是利用最为经济合理的手段，达到无功补偿和谐波治理的目的。但是，在设备类型和组合方式选择时，必须充分考虑和验证不同运行方式、不同投切方式对设备和电能质量的影响，应该让各类投切方式均能够适应各种运行方式，至少在各种运行方式下，保证设备的投切不会造成设备本身损坏或电能质量进一步恶化，从而使电网运行方式的安排更为灵活、安全、可靠。

[1] 何颋，傅光祖.10 kV电容器组熔丝群爆分析[J].电力电容器与无功补偿，2008（6）∶57-59.

[2] 陈强，黎小彬.SVG无功补偿与谐波治理装置的工程应用[J].福建电力与电工，2008（12）∶50-53.

[3] 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（8）∶1295-1299.

[4] 王玉斌，吕燕，田召广，等.谐波抑制与无功补偿装置控制技术的进展[J].电测与仪表，2006（4）∶1-4.

[5] 陈青华，李群湛.静止无功发生器在牵引供电系统中的分析[J].电力科学与技术学报，2007（12）∶36-40.