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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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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(zhì)量配電網(wǎng)中的應(yīng)用

淺析安科瑞靜止無功發(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

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(jìn)行了研究,滿足兩段母線分列、并列運(yùn)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(bǔ)償靜止型無功發(fā)生器(SVG)。在通過RTDS仿真驗(yàn)證了關(guān)鍵技術(shù)正確性的前提下,在工程現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試投運(yùn),結(jié)果表明此SVG運(yùn)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(shí)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(fù)荷的正常運(yùn)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(jìn)行了詳細(xì)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(yàn)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(yàn)收,成功投運(yùn),成為國內(nèi)投運(yùn)的首套20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補(bǔ)償SVG截至目前設(shè)備運(yùn)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(fù)荷的正常運(yùn)行。

該項(xiàng)目中研發(fā)的配電網(wǎng)集中-分布綜合補(bǔ)償SVG接入2段20kV母線,并具備分列、并列運(yùn)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(jìn)行了抑制,從而保障了SVG的滿功率穩(wěn)定運(yùn)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(biāo),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(bǔ)償設(shè)備配置、補(bǔ)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(bǔ)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(diǎn)電壓。

SVG接入點(diǎn)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(diǎn)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(yùn)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(biāo)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(dǎo)致變壓器偏磁。SVG并列運(yùn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)基本功能的同時(shí),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(bǔ)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(jìn)行信息交互,接收DFACTS對SVG關(guān)于啟停、控制方式、控制目標(biāo)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(shí)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(jìn)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(jìn)電流內(nèi)環(huán)進(jìn)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(fù)荷引起,SVG的有源濾波功能僅可抑制接入母線下負(fù)荷引起的諧波,即諧波電流,對輸電線中諧波電壓存在導(dǎo)致SVG接入點(diǎn)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(biāo)變換為負(fù)序,坐標(biāo)變換時(shí)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(shí)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(fù)伏秘值不相等,從而導(dǎo)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(xiàng)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(yàn)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(bǔ)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(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見表1和表2。

5現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

SVG實(shí)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(shí)的無功功率曲線如圖5所示??梢奡VG可在10ms以內(nèi)完成無功調(diào)節(jié)。

投運(yùn)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(fù)荷變化隨時(shí)改變,為此,在投運(yùn)時(shí)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(jìn)行功率實(shí)驗(yàn),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(shí)現(xiàn)10Mvar滿功率運(yùn)行。5Mvar功率時(shí),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(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式,響應(yīng)時(shí)間短,全數(shù)字控制算法,運(yùn)行穩(wěn)定;

(2)一機(jī)多能,既可補(bǔ)諧波,又可兼補(bǔ)無功,可對2~51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或指定特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償;

(3)具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能;

(4)模塊化設(shè)計(jì),體積小,安裝便利,方便擴(kuò)容;

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制,使用方便,易于操作和維護(hù);

(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(jī)并聯(lián),達(dá)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(shí)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(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元,晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,線路保護(hù)單元,兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成??商娲R?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)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(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小,功耗更低,維護(hù)方便,使用壽命長,可靠性高的特點(diǎn),適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)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(fù)合開關(guān)電路,自動尋找適宜投入(切除)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)過零投切,具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)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(shí)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(bǔ)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(bǔ)償設(shè)備的需求,本文在充分理論研究、借助完善的仿真驗(yàn)證手段的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)的級聯(lián)型SVG進(jìn)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(bǔ)償靜止型無功發(fā)生器,順利投運(yùn),并穩(wěn)定運(yùn)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(fù)荷的順利運(yùn)行。

參考文獻(xiàn):

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審核編輯(
王靜
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