淺析安科瑞靜止無功發生器在某工業園區電能質量配電網中的應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文對SVG的諧波抑制、變壓器直流偏磁抑制等關鍵技術進行了研究，滿足兩段母線分列、并列運行的要求，成功研發出國nei首套20kV配電網，集中-分布綜合補償靜止型無功發生器(SVG)。在通過RTDS仿真驗證了關鍵技術正確性的前提下，在工程現場進行調試投運，結果表明此SVG運行穩定、滿足了工業園區高電能質量的需求。

關鍵詞:無功調節；諧波電流抑制；非直掛式接入；直流偏磁

0引言

為適應交直流混聯配電網的發展趨勢，同時提高工業園區電能質量，保證園區內電壓穩定、敏感負荷的正常運行。針對交直流混聯配電網的特殊應用需求及工業園區的工況，我司對此工程應用背景進行了詳細地分析。在此前提下，針對相關問題研究了靜止型無功發生器系統(staticvargenerator.SVG)在此工況下應用的關鍵技術，在通過仿真驗證的前提下，于2018年1月19日在工業園區110kV星華變通過驗收，成功投運，成為國內投運的首套20kV配電網集中-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，提高了電網側的電壓質量，保障了敏感負荷的正常運行。

該項目中研發的配電網集中-分布綜合補償SVG接入2段20kV母線，并具備分列、并列運行兩種模式，額定容量10Mvar。針對母線中的5次諧波，開發了5次諧波電流抑制功能：針對變壓器直流偏磁問題，通過調整SVG輸出指今電壓對直流分量進行了抑制，從而保障了SVG的滿功率穩定運行。

1應用場景研究與分析

蘇州工業園區高電能質量配電網應用示范工程，以構建高電能質量配電網示范區為目標，在對示范園區用戶電能質量差異化需求分析和電能質量等級劃分的基礎上，通過開展電能質量補償設備配置、補償設備的協調控制，針對蘇州園區的電能質量問題配置補償設備的方式來滿足用戶的高電能質量需求。其中，兩套SVG設備建設在蘇虹路工業區110kV星華變電站20kVIM和IIIM上，調節無功功率和節點電壓。

SVG接入點電壓20kV，每套SVG額定容量為10Mvar，接線示意圖如圖1所示。

經分析研究此應用場合有以下3點情況：

1)由圖1可見，兩套SVG視開關QF狀態不同，將存在分列和并列運行兩種狀態。

2)分析20kV母線電壓背景，發現5次諧波較大(約4%)，超過20kV母線的諧波電壓要求(一般20kV母線諧波取10kV的國標要求(3.2%))。20kV母線電壓諧波含量如圖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協調控制平臺考慮，SVG本身配合其完成即可，此處不進行詳述。本文主要針對此應用場合需求，結合主電路結構，在實現無功調節基本功能的同時，通過算法解決諧波、直流分量引起變壓器偏磁等附加問題，以適應本工程應用環境。

2SVG主電路結構

本工程中采用的20kV配電網集中-分布綜合補償靜止型無功發生器主要包含串聯變壓器、起動柜、功率柜、控制柜這幾部分，并通過通信與DFACTS平臺進行信息交互，接收DFACTS對SVG關于啟停、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，主要實現SVG的基本功能，無功控制；2)適應配電網應用場景附加的控制功能，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，在指令電壓處進行疊加后，經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電流的基波控制來調節無功功率，SVG的基波控制主要包括外環和內環，外環為直流電壓環和無功環(B視控制方式不同，可為固定無功功率、功率因數、20kV系統電壓、20kV處系統無功)，輸出電流定值的d、q分量，進電流內環進行解翹控制，以獲得基波電壓指令

2)應對諧波的控制策略

20kV母線電壓中5次諧波含量偏大，且其為110kV母線下負荷引起，SVG的有源濾波功能僅可抑制接入母線下負荷引起的諧波，即諧波電流，對輸電線中諧波電壓存在導致SVG接入點諧波電壓偏大沒有足夠的抑制能力。為不影響SVG工作狀態提高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次諧波經坐標變換為負序，坐標變換時與正序方向相反。

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。為避免此種情況發生，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PI控制器產生，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配電網集中-分布綜合補償靜止型無功發生器接入系統的仿真模型，通過在110kV母線下加5次諧波源制造20kV諧波問題，其5次諧波含量約4%。通過調整A相12個功率單元左右橋臂IGBT參數模擬器件參數差異引起直流偏置。

其實驗結果分別見表1和表2。

5現場試驗結果

SVG實現了對20kV母線處無功功率的快速動態調節，階躍時的無功功率曲線如圖5所示?？梢奡VG可在10ms以內完成無功調節。

投運前通過分析現場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改變，為此，在投運時分別投退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，進行功率實驗，發現5Mvar情況下，電流波形明顯畸變，分析電流錄波，發現存在直流分量，投入直流電流控制功能，實現10Mvar滿功率運行。5Mvar功率時，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有源濾波器產品選型

6.1產品特點

(1)DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或指ding特定次諧波進行補償；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(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，達到較高的電流輸出等級；

6.2型號說明

6.3尺寸說明

6.4產品實物展示

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產品選型

7.1產品概述

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、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、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連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

7.2型號說明

1)AZC系列智能電容器選型：

2)AZCL系列智能電容器選型：

7.3產品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

8結論

為滿足工業園區高電能質量配電網應用示范工程中對無功補償設備的需求，本文在充分理論研究、借助完善的仿真驗證手段的基礎上，對傳統的級聯型SVG進行了功能優化，解決了諧波問題直流分量等問題對設備自身以及配電網帶來的影響，研制了國nei首套20kV配電網集中-分布綜合補償靜止型無功發生器，順利投運，并穩定運行至今。提高了園區的電能質量，保障了芯片廠等重要敏感負荷的順利運行。

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作者簡介

任運業，男,現任職于安科瑞電氣股份有限公司。