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淺析安科瑞靜止無功發(fā)生器在某工業(yè)園區(qū)電能質量配電網(wǎng)中的應用

更新時間: 2024-08-09  點擊次數(shù): 161次

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(fā)出套20kV配電網(wǎng),集中-分布綜合補償靜止型無功發(fā)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(xiàn)場進行調試投運,結果表明此SVG運行穩(wěn)定、滿足了工業(yè)園區(qū)高電能質量的需求。

關鍵詞:無功調節(jié);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(lián)配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢,同時提高工業(yè)園區(qū)電能質量,保證園區(qū)內電壓穩(wěn)定、敏感負荷的正常運行。針對交直流混聯(lián)配電網(wǎng)的特殊應用需求及工業(yè)園區(qū)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(fā)生器系統(tǒng)(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(yè)園區(qū)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(wǎng)集中-分布綜合補償SVG截至目前設備運行正常,提升了區(qū)域內綜合電壓合格率,提高了電網(wǎng)側的電壓質量,保障了敏感負荷的正常運行。

該項目中研發(fā)的配電網(wǎng)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(fā)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(wěn)定運行。

1應用場景研究與分析

蘇州工業(yè)園區(qū)高電能質量配電網(wǎng)應用示范工程,以構建高電能質量配電網(wǎng)示范區(qū)為目標,在對示范園區(qū)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(xié)調控制,針對蘇州園區(qū)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(yè)區(qū)110kV星華變電站20kVIM和IIIM上,調節(jié)無功功率和節(jié)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(jīng)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(tài)不同,將存在分列和并列運行兩種狀態(tài)。

2)分析20kV母線電壓背景,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)直流分量導致變壓器偏磁。SVG并列運行策略主要由DFACTS協(xié)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(xiàn)無功調節(jié)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(huán)境。

2SVG主電路結構

本工程中采用的20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償靜止型無功發(fā)生器主要包含串聯(lián)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(tǒng)電壓、電流、SVG電流、功率及狀態(tài)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(tǒng)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(xiàn)SVG的基本功能,無功控制;2)適應配電網(wǎng)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(jīng)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(jié)無功功率,SVG的基波控制主要包括外環(huán)和內環(huán),外環(huán)為直流電壓環(huán)和無功環(huán)(B視控制方式不同,可為固定無功功率、功率因數(shù)、20kV系統(tǒng)電壓、20kV處系統(tǒng)無功),輸出電流定值的d、q分量,進電流內環(huán)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(tài)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(jīng)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(fā)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(jù)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(jīng)PI控制器產(chǎn)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(wǎng)集中-分布綜合補償靜止型無功發(fā)生器接入系統(tǒng)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(shù)模擬器件參數(shù)差異引起直流偏置。

其實驗結果分別見表1和表2。

5現(xiàn)場試驗結果

SVG實現(xiàn)了對20kV母線處無功功率的快速動態(tài)調節(jié),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(jié)。

投運前通過分析現(xiàn)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(fā)現(xiàn)5Mvar情況下,電流波形明顯畸變,分析電流錄波,發(fā)現(xiàn)存在直流分量,投入直流電流控制功能,實現(xiàn)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(chǎn)品選型

6.1產(chǎn)品特點

(1)DSP+FPGA控制方式,響應時間短,全數(shù)字控制算法,運行穩(wěn)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(xiàn)參數(shù)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(tǒng)的影響;

(7)多機并聯(lián),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(chǎn)品實物展示

HG9A5337HG9A5534

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

7.1產(chǎn)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(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)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(guī)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(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

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(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、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(xiàn)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:

微信圖片_20200512154032

2)AZCL系列智能電容器選型:

微信圖片_20200512154710

7.3產(chǎn)品實物展示

智能電容模塊AZC智能電容模塊

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

智能電容

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

8結論

為滿足工業(yè)園區(qū)高電能質量配電網(wǎng)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(tǒng)的級聯(lián)型SVG進行了功能優(yōu)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(wǎng)帶來的影響,研制了套20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償靜止型無功發(fā)生器,順利投運,并穩(wěn)定運行至今。提高了園區(qū)的電能質量,保障了芯片廠等重要敏感負荷的順利運行。

參考文獻:

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