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[中图分类号] fM761.12
[文献标志码]A
[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0079-02
Application of Low Voltage Dynamic Reactive Power Compensation
Device SVG in Factory Low Voltage Distribution System
Yang Zhao-hu
[ Abstract]
ne power supply sysrem in the production area of a factory adopts the decentralized power supply mode， which is mainly composedof llOkV main substation，
lOkV distribution station， 380V substation in the factory site， etc. The equipment of power supply system in the plant area iswidely distributed. The power supply range of a main substation is as long as 7-8km， and a large amount of capacitive reactive power is generated duringthe operation of cables. Two sets of high voltage dynamic reactive power compensation devices are installed in 110 kV main substation， the power factoiis hnproved accordingly， which meets the requirements of power supply company. The high-voltage cables from lOkV power distribution station to eachplant are widely distributed and long distance， about 200km; the power factor oflow-voltage part is loxv， some plant electrical equipment produce largeharmonics， and the power quality of power grid is poor， which needs urgent treatment. At present， the low-voltage dynamic reactive power compensationdevice SVG is added to the 380V substation in the plant site， which significantly improves the power quality of the power supply system， increases thepower factor， reduces the reactive power loss， and saves energy and protects the environment
[ Keywords]
power quaUry; dynamic reactive power compensation; SVG; energy saving and envirorunental protection; power factor
目前某工廠变电站内部分无功补偿柜使用年限较长，出现电容鼓包，接触器、电抗器烧毁现象，故障率越来越高，损坏后不易恢复。低压动态无功补偿装置是一种在变电系统和输配电系统中提高电网侧及负载端的功率因数，降低变电站内变压嚣等负载端及输配电系统输送线路自身的无功电能损耗，电能补偿供配电系统内的电压暂升、暂降，提高系统供电质量，改善供电系统环境的设备。因此，对生产区某厂房变电站无功补偿柜改造为动态无功补偿装置SVG柜。
某变电站3#变压器测试数据及分析（表1）。
根据测试数据：某厂房变电站3#变压器容量1600 KV，变压器负荷率：55%;后端负载主要为空调机组及数控设备，该供电系统原来配置无功补偿柜一台，设备容量：400 kVar;无功补偿设备故障频发，无法正常投入使用，而系统功率因数为：0.85，功率因数无法满足系统要求。
故对无功补偿柜进行改造，根据技术的发展，选用目前市场先进的SVG动态无功发生器代替现有的无功补偿柜，对该供电系统进行无功补偿。
SVG动态无功补偿装置就是将自动换相桥式整流电路通过滤波电抗器并联到某厂房3#变电站的变压器输出侧，合理地调节补偿装置的桥式整流电路的交流输出端的电压幅值及其相位，电可以直接控制补偿装置交流输出端的电流人小，使补偿装置的超级电容（阻容吸收电路）吸收或者输出满足使用要求的电流分量，实现3#变电站供配电系统的动态无功补偿H的及解决短时电压暂降问题，补偿原理如图1所示。
（1）系统的动态补偿性。选择合适的SVG能同时对变配电系统的无功功率和系统的高次谐波进行自动补偿。
（2） SVG系统的安全性、稳定性非常好。一般传统的无功补偿系统是属于阻容型朴偿装置，设置系统参数的要求很高，当参数设置不匹配、或者系统运行一段时间后，原来设置好参数自动发生改变，这就非常容易引起供配电系统的谐振以及谐波电流放人，这不仅严重危害补偿系统本身的安全，也会对供配电系统内所有的设备造成极人的安全隐患和风险。 本次厂房变电站采用的SVG补偿装置是电流可控型，对本厂房变电站供电系统设置的参数不敏感，因此不会产生谐振，也不会引起供配电系统谐波被放人的情形;即使补偿对象的电流非常人，本装置不会产生过载现象，也能在系统中发挥装置的正常补偿作用。即：补偿装置动态稳定地发出或者吸收供配电系统产生的无功功率分量，完全控制系统的补偿电流人小，不會出现功率因数过补偿的情况，更不发生无功功率分量反送的情况;能够跟踪本厂房变电站3#变压器供配电系统的频率的变化。因此系统电网频率和畸变率变化不会影响到SVG补偿装置的补偿性。
（3）系统的响应时间短。一般传统的补偿装置的响应时间一般在15～45 ms左右，从采集数据到投入电容器用时往往需要更长。而本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG的响应时间不超过10 ms，对供配电系统的暂态过程有着重要响应速度优势。
（4）本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG运行功率损耗小SVG装置采用的是新型IGBT功率器件组成，装置的直接输出电压范围宽，无连接用变压器和阻容吸收电路，让装置效率可以达到99%以上。
（5）本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG可靠性高。SVG动态无功补偿装置可以采用N+l或N+2兀余电路的拓扑结构，一个（或几个）单元掼坏后补偿装置仍可继续使用，并且能保证供配电系统现有的补偿效果。对外部电网系统运行情况和电网系统的结构变化也不敏感，更好地满足了系统和负荷的补偿范围要求。
如图2所示，断路器合闸后，为防止得电时系统电网对直流母线上电容器的瞬时冲击，SVG先是通过软起电阻对直流母线的电容器进行充电，整个过程会持续几十秒钟的时间。当母线端电压Ud达到设定值后，装置的主接触器闭合。直流电容作为储能器件，通过装置IGBT逆变器和内部的电抗器向系统电网输出的补偿电流提供量能。SVG装置可以通过外部电流互感器（CT）灾时采集系统电网电流信号传送至信号调理电路，然后再传送至FPGA控制器。FPGA控制器将基波成分进行分离，提取出系统所有的谐波电流、无功电流、三相不平衡电流，将采集到系统要补偿的各种电流类型和SVG装置已发出的补偿电流进行比较，得到差值部分，将系统实时的补偿信号输出到IGBT驱动电路，触发IGBT变换器将补偿电流注入到电网中，实现装置闭环控制，完成对系统电网的补偿功能。通过对3#变电站安装的SVG工作原理和内部控制原理的分析，以及实际使用效果。系铳功率因数达到了0.95，在提高功率因数的同时，也解决了部分电压暂降问题，改善了3#变电站供电品质。
考虑到测试本J厂房变电站3#变压器的数据时，变压器负荷率较低，按照变压器总容量1600 kVA的25%容量配置SVG装置，取无功功率的值即为400 kVar。SVG装置采用模块化安装，每个模块100 kVar，因此，本变电站安装4个模块并联接入，即可满足补偿要求。为便于检修和使用，每个模块的电源电路前安装断路器，单独对模块进行控制，具体配置如表2所示。
对某厂房3#变电站进行SVG动态无功补偿装置改造后，对其经济性进行分析，各电压等级下的无功补偿经济当量如表3所示。
经测试，该用电系统的无功功率为：392.2 kvar。SVG装置安装完成后，设备投入运行，经计算，装置相当于补偿了58.8 kW有功功率，考虑到装置运行的检修时间、非满载运行时间，按照测试数据按系统无功的50%补偿计算，该供电系统下均一年可以降低约4%的总电费支出。按照传统工业电费0.85元/kW h计算，该供电系统一年节约的电费计算为：0.85×58.8×12×365×0.5=11万元。
系统改造升级英计使用费用约19万元;预计18个月内可收回设备成本。
对某厂房变电站进行SVG动态无功补偿改造，既节能降耗，符合国家的产业政策，又能延长设备使用寿命，减少设备维护量。保障厂房的电力供应，提高用电品质，为单位的科研生产保驾护航。
参考文献
[1]罗安电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M]北京：中国电力出版社，2006
[2]王兆安谐波抑制和无功功率补偿[M]北京：机械工业出版社，2016
[3]周存和并联无功补偿装置选型简明手册[M]北京：中国电力出版社，2005
[4]李继武.浅析电力无功补偿设备在电网经济运行中的作用[J]机电信息，2017 （27）：69，71
[5]田浩，张声洪，张天虎一种新型动态无功补偿控制技术[J]现代仪器，2001 （2）：44-46
[文献标志码]A
[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0079-02
Application of Low Voltage Dynamic Reactive Power Compensation
Device SVG in Factory Low Voltage Distribution System
Yang Zhao-hu
[ Abstract]
ne power supply sysrem in the production area of a factory adopts the decentralized power supply mode， which is mainly composedof llOkV main substation，
lOkV distribution station， 380V substation in the factory site， etc. The equipment of power supply system in the plant area iswidely distributed. The power supply range of a main substation is as long as 7-8km， and a large amount of capacitive reactive power is generated duringthe operation of cables. Two sets of high voltage dynamic reactive power compensation devices are installed in 110 kV main substation， the power factoiis hnproved accordingly， which meets the requirements of power supply company. The high-voltage cables from lOkV power distribution station to eachplant are widely distributed and long distance， about 200km; the power factor oflow-voltage part is loxv， some plant electrical equipment produce largeharmonics， and the power quality of power grid is poor， which needs urgent treatment. At present， the low-voltage dynamic reactive power compensationdevice SVG is added to the 380V substation in the plant site， which significantly improves the power quality of the power supply system， increases thepower factor， reduces the reactive power loss， and saves energy and protects the environment
[ Keywords]
power quaUry; dynamic reactive power compensation; SVG; energy saving and envirorunental protection; power factor
目前某工廠变电站内部分无功补偿柜使用年限较长，出现电容鼓包，接触器、电抗器烧毁现象，故障率越来越高，损坏后不易恢复。低压动态无功补偿装置是一种在变电系统和输配电系统中提高电网侧及负载端的功率因数，降低变电站内变压嚣等负载端及输配电系统输送线路自身的无功电能损耗，电能补偿供配电系统内的电压暂升、暂降，提高系统供电质量，改善供电系统环境的设备。因此，对生产区某厂房变电站无功补偿柜改造为动态无功补偿装置SVG柜。
1 系统设计
1.1 原有系统数据测试
某变电站3#变压器测试数据及分析（表1）。
1.2 系统补偿方案
根据测试数据：某厂房变电站3#变压器容量1600 KV，变压器负荷率：55%;后端负载主要为空调机组及数控设备，该供电系统原来配置无功补偿柜一台，设备容量：400 kVar;无功补偿设备故障频发，无法正常投入使用，而系统功率因数为：0.85，功率因数无法满足系统要求。
故对无功补偿柜进行改造，根据技术的发展，选用目前市场先进的SVG动态无功发生器代替现有的无功补偿柜，对该供电系统进行无功补偿。
1.3 某厂房变电站3#变压器安装SVG无功补偿装置工作原理
SVG动态无功补偿装置就是将自动换相桥式整流电路通过滤波电抗器并联到某厂房3#变电站的变压器输出侧，合理地调节补偿装置的桥式整流电路的交流输出端的电压幅值及其相位，电可以直接控制补偿装置交流输出端的电流人小，使补偿装置的超级电容（阻容吸收电路）吸收或者输出满足使用要求的电流分量，实现3#变电站供配电系统的动态无功补偿H的及解决短时电压暂降问题，补偿原理如图1所示。
（1）系统的动态补偿性。选择合适的SVG能同时对变配电系统的无功功率和系统的高次谐波进行自动补偿。
（2） SVG系统的安全性、稳定性非常好。一般传统的无功补偿系统是属于阻容型朴偿装置，设置系统参数的要求很高，当参数设置不匹配、或者系统运行一段时间后，原来设置好参数自动发生改变，这就非常容易引起供配电系统的谐振以及谐波电流放人，这不仅严重危害补偿系统本身的安全，也会对供配电系统内所有的设备造成极人的安全隐患和风险。 本次厂房变电站采用的SVG补偿装置是电流可控型，对本厂房变电站供电系统设置的参数不敏感，因此不会产生谐振，也不会引起供配电系统谐波被放人的情形;即使补偿对象的电流非常人，本装置不会产生过载现象，也能在系统中发挥装置的正常补偿作用。即：补偿装置动态稳定地发出或者吸收供配电系统产生的无功功率分量，完全控制系统的补偿电流人小，不會出现功率因数过补偿的情况，更不发生无功功率分量反送的情况;能够跟踪本厂房变电站3#变压器供配电系统的频率的变化。因此系统电网频率和畸变率变化不会影响到SVG补偿装置的补偿性。
（3）系统的响应时间短。一般传统的补偿装置的响应时间一般在15～45 ms左右，从采集数据到投入电容器用时往往需要更长。而本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG的响应时间不超过10 ms，对供配电系统的暂态过程有着重要响应速度优势。
（4）本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG运行功率损耗小SVG装置采用的是新型IGBT功率器件组成，装置的直接输出电压范围宽，无连接用变压器和阻容吸收电路，让装置效率可以达到99%以上。
（5）本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG可靠性高。SVG动态无功补偿装置可以采用N+l或N+2兀余电路的拓扑结构，一个（或几个）单元掼坏后补偿装置仍可继续使用，并且能保证供配电系统现有的补偿效果。对外部电网系统运行情况和电网系统的结构变化也不敏感，更好地满足了系统和负荷的补偿范围要求。
1.4 本厂房变电站3#变压器侧安装的SVG内部控制原理
如图2所示，断路器合闸后，为防止得电时系统电网对直流母线上电容器的瞬时冲击，SVG先是通过软起电阻对直流母线的电容器进行充电，整个过程会持续几十秒钟的时间。当母线端电压Ud达到设定值后，装置的主接触器闭合。直流电容作为储能器件，通过装置IGBT逆变器和内部的电抗器向系统电网输出的补偿电流提供量能。SVG装置可以通过外部电流互感器（CT）灾时采集系统电网电流信号传送至信号调理电路，然后再传送至FPGA控制器。FPGA控制器将基波成分进行分离，提取出系统所有的谐波电流、无功电流、三相不平衡电流，将采集到系统要补偿的各种电流类型和SVG装置已发出的补偿电流进行比较，得到差值部分，将系统实时的补偿信号输出到IGBT驱动电路，触发IGBT变换器将补偿电流注入到电网中，实现装置闭环控制，完成对系统电网的补偿功能。通过对3#变电站安装的SVG工作原理和内部控制原理的分析，以及实际使用效果。系铳功率因数达到了0.95，在提高功率因数的同时，也解决了部分电压暂降问题，改善了3#变电站供电品质。
2 系统安装及具体配置
考虑到测试本J厂房变电站3#变压器的数据时，变压器负荷率较低，按照变压器总容量1600 kVA的25%容量配置SVG装置，取无功功率的值即为400 kVar。SVG装置采用模块化安装，每个模块100 kVar，因此，本变电站安装4个模块并联接入，即可满足补偿要求。为便于检修和使用，每个模块的电源电路前安装断路器，单独对模块进行控制，具体配置如表2所示。
3 系统经济性分析
对某厂房3#变电站进行SVG动态无功补偿装置改造后，对其经济性进行分析，各电压等级下的无功补偿经济当量如表3所示。
经测试，该用电系统的无功功率为：392.2 kvar。SVG装置安装完成后，设备投入运行，经计算，装置相当于补偿了58.8 kW有功功率，考虑到装置运行的检修时间、非满载运行时间，按照测试数据按系统无功的50%补偿计算，该供电系统下均一年可以降低约4%的总电费支出。按照传统工业电费0.85元/kW h计算，该供电系统一年节约的电费计算为：0.85×58.8×12×365×0.5=11万元。
系统改造升级英计使用费用约19万元;预计18个月内可收回设备成本。
4 结束语
对某厂房变电站进行SVG动态无功补偿改造，既节能降耗，符合国家的产业政策，又能延长设备使用寿命，减少设备维护量。保障厂房的电力供应，提高用电品质，为单位的科研生产保驾护航。
参考文献
[1]罗安电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M]北京：中国电力出版社，2006
[2]王兆安谐波抑制和无功功率补偿[M]北京：机械工业出版社，2016
[3]周存和并联无功补偿装置选型简明手册[M]北京：中国电力出版社，2005
[4]李继武.浅析电力无功补偿设备在电网经济运行中的作用[J]机电信息，2017 （27）：69，71
[5]田浩，张声洪，张天虎一种新型动态无功补偿控制技术[J]现代仪器，2001 （2）：44-46