安科瑞靜止無功發(fā)生器在某工業(yè)園區(qū)電能質(zhì)量配電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：本文對SVG的諧波抑制、變壓器直流偏磁抑制等關(guān)鍵技術(shù)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)出國內(nèi)首套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(guān)鍵技術(shù)正確性的前提下，在工程現(xiàn)場進行調(diào)試投運，結(jié)果表明此SVG運行穩(wěn)定、滿足了工業(yè)園區(qū)高電能質(zhì)量的需求。

關(guān)鍵詞:無功調(diào)節(jié)；諧波電流抑制；非直掛式接入；直流偏磁

0引言

為適應(yīng)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(zhì)量，保證園區(qū)內(nèi)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(yīng)用需求及工業(yè)園區(qū)的工況，我司對此工程應(yīng)用背景進行了詳細地分析。在此前提下，針對相關(guān)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(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，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(nèi)投運的首套20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補償SVG截至目前設(shè)備運行正常，提升了區(qū)域內(nèi)綜合電壓合格率，提高了電網(wǎng)側(cè)的電壓質(zhì)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(diào)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(yīng)用場景研究與分析

蘇州工業(yè)園區(qū)高電能質(zhì)量配電網(wǎng)應(yīng)用示范工程，以構(gòu)建高電能質(zhì)量配電網(wǎng)示范區(qū)為目標，在對示范園區(qū)用戶電能質(zhì)量差異化需求分析和電能質(zhì)量等級劃分的基礎(chǔ)上，通過開展電能質(zhì)量補償設(shè)備配置、補償設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，針對蘇州園區(qū)的電能質(zhì)量問題配置補償設(shè)備的方式來滿足用戶的高電能質(zhì)量需求。其中，兩套SVG設(shè)備建設(shè)在蘇虹路工業(yè)區(qū)110kV星華變電站20kVIM和IIIM上，調(diào)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(yīng)用場合有以下3點情況：

1)由圖1可見，兩套SVG視開關(guān)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(diào)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(yīng)用場合需求，結(jié)合主電路結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)無功調(diào)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(yīng)本工程應(yīng)用環(huán)境。

2SVG主電路結(jié)構(gòu)

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(guān)于啟停、控制方式、控制目標的遙控、遙調(diào)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(yīng)配電網(wǎng)應(yīng)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(diào)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(diào)節(jié)無功功率，SVG的基波控制主要包括外環(huán)和內(nèi)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(nèi)環(huán)進行解翹控制，以獲得基波電壓指令

2)應(yīng)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(yīng)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(yīng)對直流分量的控制策略

SVG采用SPWM橋式逆變結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中，由于各種因素的影響，輸出電壓脈沖列在基波周期內(nèi)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(jié)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(diào)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(jié)果分別見表1和表2。

5現(xiàn)場試驗結(jié)果

SVG實現(xiàn)了對20kV母線處無功功率的快速動態(tài)調(diào)節(jié)，階躍時的無功功率曲線如圖5所示。可見SVG可在10ms以內(nèi)完成無功調(diào)節(jié)。

投運前通過分析現(xiàn)場20kV側(cè)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(yīng)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指定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(shè)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(shè)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

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(yīng)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(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關(guān)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(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關(guān)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(nèi)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(yīng)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(nèi)部晶閘管復合開關(guān)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：

2)AZCL系列智能電容器選型：

7.3產(chǎn)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(jié)論

為滿足工業(yè)園區(qū)高電能質(zhì)量配電網(wǎng)應(yīng)用示范工程中對無功補償設(shè)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(chǔ)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(shè)備自身以及配電網(wǎng)帶來的影響，研制了國內(nèi)首套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(zhì)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：

盛莉莉，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司 手機:17821169733（微信同號);

安科瑞產(chǎn)品應(yīng)用

公司介紹

安科瑞電氣股份有限公司（股票代碼：300286）成立于2003年，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)于一體，是一家為企業(yè)提供能效系統(tǒng)和用電安全解決方案的高科技股份制企業(yè)。公司解決方案涵蓋電力、環(huán)保、新能源、消防、數(shù)據(jù)中心、智能樓宇、智慧校園、智慧醫(yī)院、智慧工廠、智慧交通、市政工程等多個領(lǐng)域。

公司總部位于上海嘉定，具備從云平臺軟件到終端元器件的一站式服務(wù)能力，形成了“云-邊-端”的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，目前已有14000多套系統(tǒng)解決方案運行在全國各地，為用戶高效和安全用能保駕護航，為企業(yè)節(jié)能降耗和實現(xiàn)能源數(shù)字化建設(shè)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。公司在全國主要城市配置銷售、技術(shù)支持團隊，快速響應(yīng)客戶需求，為用戶提供良好的服務(wù)體驗。

設(shè)于無錫江陰市的生產(chǎn)基地--江蘇安科瑞電器制造有限公司是安科瑞電氣股份有限公司的全資子公司，也是江蘇省高新技術(shù)企業(yè)、江蘇省兩化融合試點企業(yè)。公司采用自動化無鉛生產(chǎn)工藝，擁有獲得國家實驗室認證認可（CNAS）的產(chǎn)品測試實驗室，配合信息化管理系統(tǒng)，為公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；瘜嵤┨峁┝吮Ｕ?。

截至2021年12月31日，公司擁有商標5項，已獲得證書的專利304項，其中發(fā)明專利22項、實用新型專利132項、外觀設(shè)計專利150項，擁有軟件著作權(quán)251項。

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺為企業(yè)微電網(wǎng)提供覆蓋“源、網(wǎng)、荷、儲、充、運維”各環(huán)節(jié)的能效管理解決方案，覆蓋企業(yè)配電系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)，打造終端感知、邊緣智能、共建共享、開放合作的電力物聯(lián)網(wǎng)體系。通過一個平臺對企業(yè)用電進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運維，為企業(yè)可靠、安全、節(jié)約、高效、有序用電提供平臺支撐。

公司將秉著“創(chuàng)新、高效、團結(jié)、誠信”的理念，堅持穩(wěn)健經(jīng)營、持續(xù)創(chuàng)新，為用戶安全、可靠、高效用能提供解決方案，為實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”提供數(shù)據(jù)支持。

審核編輯 黃宇