混合型SVG系统在非线性负载台区中的应用

黄权飞，张冲标

（国网浙江嘉善县供电有限公司，浙江 嘉善 314100）

混合型SVG系统在非线性负载台区中的应用

黄权飞，张冲标

（国网浙江嘉善县供电有限公司，浙江 嘉善 314100）

针对农村电网公变非线性负载台区的无功现状和传统电容补偿方式及其存在的问题，介绍了混合型SVG的结构、原理，指出了混合SVG电容补偿的优点，并以此为基础对冲击性、非线性负载台区提出了提高供电质量的改造方案。以混合型SVG系统在嘉善县农网非线性负载台区南西港台区的应用为例，通过现场的实际应用表明能大幅提高用户的供电质量。

SVG；非线性负载台区；电压无功；电能质量

随着社会经济的迅猛发展，农村配电网的运行特点也相应发生了改变。嘉善县配电网的部分特性为：同一公变台区内普通居民用电以及大量的冲床、小五金工业低压用户用电并存，其中小五金工业低压用户用电设备为冲击性、非线性负载，在工作过程中易产生高次谐波反馈到主线路，由此造成台区供电电能质量下降，无功难以就地平衡、线路无功流动增大，相邻地区或不同电压层间无功穿越增多，导致配变过载以及居民用户的低电压，同时大量的谐波上送到上级电网会危及设备和电网安全运行。

为研究农网配电网中非线性冲击负荷下配变台区的电能质量的控制，以嘉善县电网典型的西塘镇新胜村南西港台区为试点，研究应用混合型SVG（静止无功发生器）的可行性。

1 配电台区电能质量分析

1.1 配变台区无功补偿现状

通过现场的排查调查发现，农村电网配电台区传统电容补偿柜的投切开关大部分为接触器、少量为可控硅和无限流电抗器。这些传统电容补偿柜已经无法满足台区配电网的无功补偿需求，普遍存在问题：

（1）部分台区传统电容补偿柜处于未自动投切使用状态，没有给供配电运行带来经济效益。

（2）部分台区传统电容补偿柜投入后倒送容性无功，尤其是在节假日期间加剧线路容性无功冗余，期间需要大量人力通过人工切除电容柜，造成了不必要的人力物力浪费。

（3）传统电容补偿柜为分级投切，无法实现连续补偿，功率因数补偿精度不高。特别是小五金工业低压用户的非线性冲击性负载所带来的系统无功变化较快，传统电容补偿柜跟不上无功变化需求，造成长期处于过补或欠补，增加了配电网损耗。

（4）电力电容器每年的容量均会有所下降，重度谐波污染环境下更为严重。电容器运行年限过长使容量过低，将会影响补偿效果，而且随着介质的恶化，其可靠性也会随之降低。

1.2 南西港台区供电质量分析

嘉善县西塘镇新胜村南西港台区变压器容量为160 kVA，无功补偿容量为60 kvar，用电负荷在10～150 kVA区间波动，共接有61户用户。其中：工业27户、居民照明33户、排灌1户。其中工业用户多为有多个冲床、小五金、铁场等冲击非线性低压工业负荷用户。表1为台区工业用户清单。

表1 西塘镇新胜村南西港台区工业用户

通过台区实际运行分析发现，非线性用户负荷的畸变率大，短时冲击电流大，具有时间短、变化快等特点，对电网产生很大的冲击。实测了现场的电流和电压波形如图1所示。

对电流和电压波形跟踪分析发现，负载电流大小剧烈变化是由台区小工业生产设备从空载到满载过程中功率的变化所引起，如图1（a）所示负载变化时间在ms级。由于这些非线性的冲击性生产设备使用并无周期性，对台区的无功补偿提出了更高的要求。

检测台区功率因数变化情况如图2，台区功率因数在0.1～0.8跳变，长期考核不合格。正是由于功率因数低下，大大影响了台区变压器的有功带载容量。

为进一步分析功率因数的变化过程，从配变终端系统中抽取了台区配变15 min功率因数数据以及日功率因数数据，如图3—4所示。

图1 实测电流电压波形

图2 功率因数变化

从图3的15 min功率因数数据分析，功率因数在0.2～0.9跳变，日合格率仅为17.7%，高峰、低谷均存在突变现象，且功率因数均很低；随着负载电流的跳变，功率因数变化均较快。

图3 15 min功率因数

图4 日功率因数

从图4的日功率因数数据分析，功率因数大部分处于0.65左右浮动，日功率因数合格率仅为29%，相对节假日期间，负荷较轻时功率因数较高。

由于台区功率因数跃变较快，无功缺额较大，而常规电容器的无功投切装置投切的速度慢，且投切有阶梯级差，往往跟不上其负荷的变化，无法进行有效的动态补偿，容易出现欠补或过补情况，使得无功补偿效果并不明显。

此外，受冲击非线性负荷的影响，电流畸变率也较大，电流畸变率为24.9%，不满足9%的标准要求。由于区非线性负荷的影响，台区的电容器故障率较高，多次出现电容器以及控制器故障。

综合南西港台区电能质量情况：受冲击性负荷影响，其功率因素长期处于不合格状态，引起无功设备频繁投切，导致电容器故障，同时大量的无功损耗，配变存在超过载风险；非线性负荷所引起的电流畸变，对电网产生谐波污染，影响正常供电质量，极易造成电容器的损坏。

面对嘉善西塘镇新胜村南西港台区无功补偿面临的系列问题，选择了混合型SVG以解决无功补偿的问题。

2 混合型SVG系统

SVG是由全控型电力电子器件组成的动态无功补偿的装置，其基本接线如图5。将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，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，使该电路主动吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现动态连续无功补偿。

图5 SVG接线

如果将SVG与电容器补偿单元（FC）两部分，由中央控制单元进行统一调配、有效控制（如图6所示），就形成一套新的混合型SVG系统，在进行动态连续无功补偿的同时考虑系统运行经济性，以此达到高效无级差的无功补偿和改善电能质量的目标。

图6 混合SVG系统工作原理

SVG部分完全响应时间≤15 ms，实时跟踪电网及负载相位，无级差线性连续输出无功，精度高、响应快，补偿精度大幅提升。

由专用控制器控制单元电容器的投切开关，在系统需求无功量小于电容柜内单组电容器的补偿容量时，控制器切除所有电容器，SVG自身输出高精度无功电流；当检测到快速无功变化时，SVG将首先进入补偿状态，待无功平稳后，再逐组投入电容器。解决了电容补偿跟不上剧烈变化的无功过/欠补偿的问题。

3 混合SVG系统的应用

3.1 混合SVG系统的接线

针对南西港台区负荷和现场情况，改造现有电容柜，增设SVG设备，电容柜的运行由SVG的中央控制器统一协调。考虑SVG的补偿精度高，同时具备分相补偿功能，更改了电容器的投切方式。直接将电容补偿控制信号接入到SVG中央控制器，由SVG统一控制电容投切。

为实现台区功率因数达到0.85以上的考核要求，无功缺额将达到160 kvar左右，从经济性和有效性角度出发，采用2台50 kvar的SVG以及60 kvar固定式电容器混合补偿方式。

SVG采用壁挂式安装，图7为南西港台区现场改造后混合SVG系统的接线。

图7 现场混合SVG系统接线

混合SVG系统投入稳定运行后进行数据测试，记录了运行时电流波形，如图8所示。通过波形图得出，SVG能够实时动态的跟踪负载无功电流变化，在负载快速变化时，能够迅速响应，并输出无功电流。

图8 南溪港台区SVG系统运行时波形

3.2 运行调整

SVG配合控制电容器补偿稳定运行，在额定容量满足的情况下，补偿后功率因数大部分提高到0.85以上，由于现场负载的影响，SVG在现场运行后主要遇到以下问题：

（1）由于电网电压偏高，负载电流冲击频繁等原因，导致设备频繁报过流、直流过压提示信息，引起SVG过压保护动作频繁，短时进入待机状态，无法进行补偿。

（2）当电网电压超过SVG能输出的电压时，会出现无功往SVG回流的现象。从后台统计的数据中发现，存在补偿后电网功率因数反而低于负载功率因数的现象，观察可发现，出现这种情况时，电网电压往往偏高，过高的电网电压使无功电流往SVG方向回流，导致功率因数降低。

针对SVG上述运行遇到的问题，对SVG的控制输出部分以及保护系统软件进行了改进，提高设备内IGBT开关频率运行参数定值、修改SVG与电容器配合控制软件以及保护软件。

3.3 应用效果

混合SVG系统在南西港台区现投入运行后，能够实时动态的跟踪负载无功电流变化，在负载快速变化时，能够迅速响应，并输出相应的无功电流。经过混合SVG系统补偿后的功率因数均在0.9以上，达到功率因数0.85以上的考核要求。

（1）通过采样配变终端系统南西港台区15 min及日功率因数数据，对比补偿前后功率因数的变化如图9—10所示。

对比情况：补偿后15 min功率因数合格率由17.7%提升至100%，最低为0.93，其中0.95以上达到94.8%；日功率因数合格率由29%提升至100%，其中功率因数达到1的占比90.3%。

（2）补偿后由于无功功率减少，视在功率明显减少；平均负载率由原26.04%下降至12.66%，最高负载率由原72.77%下降至39.91%。

（3）取样补偿前后电网电流波形，如图11—12所示。电流畸变率由补偿前的24.9%下降至7.6%，满足9%的标准要求。

混合SVG系统应用后，配电网功率因数大幅提高到0.93以上，电能质量得到了提高，同时配变的负荷大幅下降，节约了配变资源。实践表明，通过对非线性负载台区引入混合型SVG系统动态实时补偿电容，台区的供电质量改善效果明显，达到了预期的目标。

图9 补偿前后的15 min功率因数对比

图10 补偿前后的日功率因数对比

4 结语

针对低压非线性负载台区，混合SVG系统利用正反无功补偿以及抑制谐波的功能，发挥其快速、动态响应的优点，及时满足快速变化的无功补偿需求，能有效控制冲击性负载带来的功率因数突变，减少电流畸变对配变的影响，提高了用户的供电质量，保证了配电网供电的稳定性。SVG设备为模块化结构设计，可方便的安装于电容补偿柜柜内，也可以应用于台区户外柱上变压器的无功补偿。

图11 补偿前的电流波形

图12 补偿后的电流波形

[1]高颂九.静止无功补偿发生器在变电站的运行分析[J].浙江电力，2012（6）:17-20.

[2]江少成，常宇.几种静止型动态无功补偿（SVC）装置的性能及应用场合分析[J].浙江电力，2009（5）:32-36.

（本文编辑：杨 勇）

Application of Hybrid SVG System in the Nonlinear Load Area

HUANG Quanfei，ZHANG Chongbiao
（State Grid Jiashan Power Supply Company，Jiashan Zhejiang 314100，China）

Based on status quo of reactive power in nonlinear load area of common transformer in rural power networks and conventional capacitance compensation mode as well as its problems，the paper introduces the structure and principle of hybrid SVG device and points out the advantages of hybrid SVG device capacitance compensation.On this basis，reconstruction scheme and suggestions are proposed for the impact and nonlinear load areas to improve the power supply quality.By taking the application of hybrid SVG device in Nanxigang nonlinear load area of Jiashan county as an example，the paper，through field application of the device，shows that the device can greatly improve power supply quality.

SVG；nonlinear load area；reactance voltage；power quality

TM714.3

B

1007-1881（2016）06-0021-05

2015-09-11

黄权飞（1981），男，助理工程师，从事电力生产运行管理工作。