动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用

1、供 用 电第27卷第6期2010年12月动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用徐 剑,曹 扬,张 伟(上海市电力公司市区供电公司,上海 200080摘 要:智能变电站的优化无功管理、提高母线电压质量、有效进行谐波治理,是智能电网建设的必要内容。介绍了由静止无功发生器(SV G和并联电容器组(FC组成的动态无功补偿与谐波治理装置(SVC+成套装置在上海蒙自智能变电站10kV侧的配置,以及有源电力滤波器(A PF在交流380V站用电系统的配置方案,分析了其应用效果以及与IEC61860标准的通信接入方式。关键词:动态无功补偿;智能变电站;静止无功发生器;有源电力滤波器中图分类号:T M714

2、;T M761 文献标识码:A 文章编号:1006-6357(201006-3Dynam ic R eactive Pow er Compensation and A ctive Power Filte r A pplied in Intelligent SubstationX U J ian,CH A O Yang,ZH A N G Wei(Shiqu Po wer Supply Com pany,SM EPC,Shang hai200080,Shang hai ChinaAbstract:O ptimizing r eact ive po wer manag ement,improv in

3、g vo ltag e qualit y of bus lines,effectiv eness o f har monic elimination fo r intellig ent substatio n are the necessary catalog ue in t he const ruct ion o f smar t g rid.Dy namic reactive power compensation and harmonic elimination device(SVC+complete deviceconsisting of static var compensator(S

4、V Gand shunt capacitor banks(FCequipped at10kV side of Shanghai M enzi intellig ent substa tion are described,as well as active power filter(APFequipped at380V A C of station power supply system.A t last the application results from mentioned above and IEC61680standard communication connecting metho

5、d are analyzed.Key words:dynamic reactive pow er compensation;intelligent substation;static var compensator;active power filter随着智能电网技术和电气设备的不断发展和应用,智能变电站成为变电站建设和发展的主流趋势1。110kV上海蒙自智能变电站(下称蒙自站是首座服务上海世博会的智能变电站,是国内首座节能型、智能化、无油化的集成新型高科技示范变电站。为改善蒙自站主变压器10kV侧电能质量及无功优化管理,采用动态无功补偿取代传统的电容器补偿,并引入有源电力滤波装置对380V

6、站用电谐波进行有效管理,这对智能电网建设具有参考价值。1 动态无功补偿与谐波治理装置配置110kV蒙自站内主变压器为3 40M V A,每台主变压器配置容量为6000kv ar的无功补偿装置,并以10kV系统母线为补偿目标进行动态无功补偿。根据上述无功补偿总容量需求和动态补偿要求,工程中采用动态无功补偿与谐波治理装置( SVC+成套装置实现无功功率快速补偿和电压稳定。SV C+成套装置由静止无功发生器(SVG,容量为-3000+3000kvar与固定并联电容器组(FC,容量为3000kvar两部分组成,由SVG实现动态无功补偿功能,配合固定并联电容器组,进行06000kvar动态无功补偿。SV

7、C +成套装置的系统结构原理图如图1所示。图1 SVC+成套装置系统结构原理图18徐 剑,等:动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用SV C+成套装置中的SV G是目前最先进的动态无功补偿技术,是用于柔性交流输电系统(FACT S的重要装置,是继电容器补偿、磁控电抗器M CR型SV C、晶闸管控电抗器T CR型SV C之后的第三代动态无功补偿技术。SVC以三相大功率电压逆变器为核心,将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的2,3。SV G的主电路采用链式

8、逆变器拓扑结构,Y形连接,10kV装置每相由12个功率单元串联组成,运行方式为N+1模式。在接入系统受到扰动时,链式电路可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用,采用链式结构的SV G还可以降低功率器件的开关频率,大大降低开关损耗。SV G采用绝缘栅型双极晶体管(IGBT高频开关器件,可以滤除13次以下的谐波。蒙自站10kV SVC+成套装置全部采用柜式结构,SVG由连接电抗器柜(1面、启动柜(1面、功率柜(3面和控制柜(1面构成;FC由进线柜(1面、串联电抗器柜(1面和电容器柜(3面构成。SVG和并联电容器组分别经过隔离开关后挂在一台断路器下,正常运行情况下不对电容器组进行投切操作,可实现

9、无功补偿容量在06000kvar的范围内连续可调。这种配置方式可避免传统分组投切并联电容器断路器需频繁开断操作的弊端,总断路器仅在保护、遥控时才进行分、合闸,能够延长电容器和断路器的使用寿命。蒙自站内每段10kV母线均配备了SVC+成套装置,其组成部分及功能见表1。表1 SVC+成套装置的组成及功能组成部分功能一次系统启动柜连接SVG与10kV母线进行SVG启动充电控制连接电抗器 连接SVG输出与35kV系统功率柜S VG的功率单元,每相12个,构成SVG的逆变主电路二次系统QCON控制器 SVG控制、运行状态监测和异常保护传(互感器 使强弱系统信号隔离二次控制电源 控制系统电源辅助部分风冷系

10、统 冷却SVG功率模块光纤连接系统 连接SVG控制柜和功率柜的信号2 有源电力滤波装置配置有源电力滤波装置中的有源电力滤波器(APF是一种基于电流检测和电流注入技术的大功率电力电子装置。其工作原理是通过实时检测负载电流波形,滤除其中的基波(50/60H z成分,再将剩余部分电流的波形反向,通过控制绝缘栅型双极晶体管(IGBT的触发,将反向电流注入供电系统中,实现滤除(抵消 谐波、动态补偿系统无功与电压波动、抑制谐振和提高功率因数等功能,达到提高供电系统安全性、节能降耗的目的。110kV蒙自站工程结合上海世博会国家电网馆建造。变电站交流380V站用电系统除向变电站自身供电外,还需向国家电网馆的用

11、电负荷供电。国家电网馆的照明电器、不间断电源(UPS、计算机、电梯、空调等非线性负载产生的大量谐波电流将注入站用电系统,使交流380V站用电系统电压产生畸变。将导致使用站用电交流电压的设备(如断路器储能马达、空调及风机马达等承受带有畸变的电压,进而缩短使用寿命,并大大增加故障的可能性。而直流系统进线交流电压的不稳定,将直接影响整流装置的工况,对变电站直流系统电压稳定造成隐患。因此,蒙自站工程在交流380V站用电系统中配置了有源电力滤波装置,其额定补偿电流为120A。该装置按照380V站用电交流母线配置,将逆变桥通过电抗器或者变压器并联在电网上,通过电流互感器检测负荷电流中的谐波分量、无功分量和

12、不对称分量,控制逆变桥交流侧所输出的电流,使逆变电路迅速吸收或者发出所需要的补偿电流,实现对电能质量进行治理的目的。蒙自站有源电力滤波装置配置见图2。图2 蒙自站有源电力滤波装置配置图19徐 剑,等:动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用3 应用效果分析 1蒙自站中采用每台主变压器配置SVC+成套装置,以实现容量06000kvar 容性无功连续的动态补偿,并以其响应速度快,补偿容量连续可调,总体补偿特性优良等特点,能有效优化无功潮流分布,提高无功管理水平,减少受端无功功率损耗,提高功率因数,降低网络损耗,改善城市电网功率传输和电压质量,并提高供电设备利用率,提高无功补偿设备运行水平。2在

13、蒙自站安装的SVC+成套装置中的SV G,可为地区电网提供部分无功电压支撑,稳定电网电压,抑制冲击负荷造成的电压波动,提高电网在事故状态下的稳定性,在电网电压较低时SV G 仍可向电网注入较大的无功电流,有利于电网的安全稳定运行。3投入SVG 后,可提高系统的电能质量并提高功率因数降低电网的损耗。SVG 以10kV 母线电压作为控制目标,自动连续调节SVG 的输出容量,动态跟踪电网电能质量变化,并根据变化情况动态调节无功输出,实现高功率因数运行。SVG 本身具有15%过载能力,其动态响应时间可实现不大于10ms 。经计算,当主变压器低压侧负荷功率因数为0.90时(主变压器负载率为67%,经SV

14、G 补偿后110kV 侧功率因数约为0.95。4SVG 自身具有滤除13次以下谐波的功能,不仅使装置本身从根本上避免了谐振问题,提高了运行安全性,而且可以净化电网,保证电网设备的安全运行,降低因谐波而产生的网损。5APF 使用后除了增强谐波抑制效果,提高电能质量,满足高端需求的用户外,还可避免电压波形出现尖峰引起的电缆回路绝缘介质的局部放电,并有效限制了架空线路设备电晕电压水平,有效保护了供电侧装置,提高了供电设备的使用寿命。6从其节能方面看。SVG 与APF 的效用类同。4 S VG 与APF 与IEC 61850标准的接入转换方式SV G 和APF 本身具备RS 485或RS 232等串行

15、现场总线的通信方式,但由于技术条件的限制一般不支持IEC 61850的以太网通信方式。对于这类设备,蒙自站配置了智能接口单元设备(见图3,将这些非IEC 61850的智能设备采用串口方式接入,然后转换为IEC 61850标准接入计算机监控系统。图3 SVG 与APF 与IEC 61850标准的接入转换方式5 结语1通过在蒙自站主变压器10kV 侧设置SV G 和交流380V 站用电系统配置APF,可对变电站的无功调节、电压稳定、减少线损、提高功率因数、减少主变压器有载分接开关动作次数、提高主变压器运行稳定性、降低电容器动作次数,提高电容器组使用寿命、减少人力操作次数和抑制系统振荡等有显著效果。2尽管在直观量化数据中不能有效体现使用SV G 和APF 后的节能效益,但在智能电站中引入SVG 和A PF,对于有效管理无功平衡,切实提高电能质量,提供与未来智能电网相适应