SVG在起动备用电源外部专线上的应用分析

文聆安，董 斌

(1.广东粤电大亚湾综合能源有限公司，广东 惠州 516000； 2.广东惠州平海发电厂有限公司，广东 惠州 516000)

0 引 言

某电厂起动备用电源为外部110 kV铁塔架空线专线供电，线路全长26 km，由电厂方投资建设和维护管理，专线电能计量关口表安装在对侧变电站内，电费结算以月结形式，力调电费按三相总功率因数值进行计算[1]。

专线有功和无功负荷主要由架空线路、电厂启备变、基建变及维护单位生活区用电组成。启备变为(115±8×1.25%)/6.3-6.3/6.3 kV，35/18/18 MVA带平衡绕组有载调压分裂变压器，该变压器长时间运行在空载热备用状态，作为机组厂用电失去时，紧急停机的后备电源和检修电源。基建变为(110±8×1.25%)/10.5 kV-10 MVA有载调压双绕组变压器，主要供应维护单位生活区食堂和宿舍用电。整体来讲，该专线在大多数月份中，有功负荷都处于低谷状态，从而带来功率因数偏低而产生的力调电费问题。

1 力调电费

力调电费是指电网公司根据客户一段时间内(如1个月或1年)所使用的有功电量、无功电量来计算其平均功率因数，并据此收取的相关电费。电厂所在地电网公司以功率因数0.9为标准，功率因数的奖励和惩罚规定如下：每低于标准0.01时，从电费总额罚款0.5%，以此递增，低于0.7每一级提高到1%，低于0.65每级提高到2%；每高于标准0.01时，从电费总额奖励0.15%，以此类推，以0.75%封顶[2]。

该电厂专线电费与电网公司按月度计算，2018年1月至2020年3月，月度电费平均值及年度电费数据如表1所示。

表1 2018年1月-2020年3月电费结算数据

从表1可以看出，起动备用电源专线的月平均功率因数为0.18，月平均力调电费68 202元，年度力调电费818 424元。

为了避免因功率因数低引起的力调电费，电厂方计划装设SVG装置，以提高系统的功率因数。

2 SVG工作原理及工作模式

SVG是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。其中，逆变桥由可关断的半导体器件IGBT组成，工作中，通过调节逆变桥中IGBT器件的开关，可以控制直流逆变到交流的电压幅值和相位，因此，整个装置相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功功率，可以快速发出大小相等、相位相反的无功功率，实现无功功率的就地平衡，保持系统实时高功率因数运行[3]。SVG工作原理如图1所示。

图1 SVG工作原理图

SVG的工作模式如下[4]：

1)空载模式：UI=US，补偿电流I=0。

2)容性模式：UI>US，此时SVG的补偿电流I超前系统电压，装置向系统提供容性无功功率。

3)感性模式：UI

SVG的运行模式及其补偿特性如表2所示。

表2 SVG的运行模式及其补偿特性

3 SVG接入方式

SVG几种常规接入方式有：

1)现场接入点与考核点在一起；

2)现场接入点与考核点不在一起，且都有TV；

3)现场接入点与考核点在一起，只有负载侧有TA；

4)现场接入点与考核点不在一起，考核点有TV。

该起动备用电源专线在建设期未设计将对侧变电站电压、电流数据引入本电厂侧，同时，SVG装置属于电厂方投资，无法新增安装在对侧变电站内。所以，想要实现考核点无功功率的实时动态补偿，就必须进行两侧通信链路的技术改造。通过申请光纤路由资源、增加光电转换和通信接口装置，引入对侧考核点电压、电流的实时数据，以达到功率因数动态调节的目的。这套方案，需要电网公司同步开展对侧变电站通信设备技术改造，使得该方案实施的可行性不大。最后，电厂方通过核对、分析电费结算单历史数据，发现该专线绝大多数月份无功电量都集中在683 100～762 300 kvar·h之间，这与该专线相对单一、稳定的负荷特性相符，同时，它也为SVG的无功补偿量提供了数据支持。当设定SVG的无功补偿量等于或接近系统无功功率的消耗量时，即可实现考核点功率因数的大幅度提高。无功补偿量方案确定后，随即开展SVG装置的接入工作。

根据现场条件，SVG装置安装在电厂侧基建变低压侧10 kV配电段上，起动备用电源主接线如图2所示。

图2 起动备用电源主接线图

SVG装置电压、电流数据取自电厂侧110 kV线路计量TV和计量TA，同时，接入基建变10 kV母线电压用于装置参考电压。SVG采用Modbus通讯协议，通过RS-485双绞线与后台通信，实现实时监视装置的运行状态和运行参数。

4 系统调试

根据2018年1月至2020年3月期间的电费结算单无功电量历史数据，SVG月度补偿量数值选定为无功电量月均值726 220 kvar·h，经过计算，得出每小时需补偿的无功功率Q为1.008 Mvar。

经与电网公司沟通联系，进入对侧变电站进行SVG装置的联调。电厂侧给定SVG装置的无功补偿量，对侧变电站读取关口电能表三相总功率因数的数值，当日，SVG装置无功补偿量给定前后的数据如表3所示。

表3 关口电能表功率因数值

三相总功率因数达到0.998时，SVG无功补偿量为0.98 Mvar，与计算值接近，验证了计算数据的准确性。

5 效益对比

2020年5月，SVG装置投入运行。装置投运前后，电费结算数据如表4所示。

表4 SVG投运前后电费结算数据

随着SVG装置的投运，考核性力调电费相应大幅度减少。表4中7月份，因SVG装置与后台发生通信故障，装置进行了停电检修，损失了部分无功电能量的补偿，使得该月三相总功率因数低于0.9，从而产生了考核性力调电费。

从表4可以看出，SVG装置投运半年，经济效益显著[5]，预计两年即可收回投资成本。

6 结 语

电力系统中，与此文类似的起动备用电源由外部专线供电的电厂，也存在力调电费考核的情况。从此文分析可知，增设无功补偿装置，是解决力调电费的良好方案。在接入无功补偿装置时，优先推荐引入考核点电气量的实时数据进行动态的无功补偿。如果现场条件难以满足，则可以参考与此文类似的静态无功补偿策略。

起动备用电源专线系统相对单一、稳定的负荷特性，决定了月度无功电量数据的相对稳定。电厂方可以通过核对历史电量数据，

计算确定无功补偿

装置的容量和补偿量，即可实现系统功率因数的大幅度提高，从而免除考核性力调电费。