淺談無功補(bǔ)償SVG裝置及諧波治理設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用

李曙光

摘? 要：隨著科技的發(fā)展，在現(xiàn)代化制造生產(chǎn)中，變頻器、整流器、電焊設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、電子控制設(shè)備、直流傳動(dòng)設(shè)備、電泳設(shè)備等非線性負(fù)荷自動(dòng)化化設(shè)備被廣泛應(yīng)用。無功補(bǔ)償SVG裝置和諧波治理設(shè)備在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用逐漸趨于普遍，該文在對SVG的工作原理展開深入分析的基礎(chǔ)上，對SVG無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用做了全面的介紹，并探討了諧波治理的方案，進(jìn)行了運(yùn)行效果及效益分析。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償;諧波治理;SVG裝置

中圖分類號(hào)：TM714? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供了有力保障，隨著科技的發(fā)展，在現(xiàn)代化制造生產(chǎn)中，變頻器、整流器、電焊設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、電子控制設(shè)備、直流傳動(dòng)設(shè)備和電泳設(shè)備等非線性負(fù)荷自動(dòng)化化設(shè)備被廣泛應(yīng)用，給生產(chǎn)帶來了極大的方便，但同時(shí)給電能的質(zhì)量的影響和威脅與日俱增，目前主要表現(xiàn)在：功率因數(shù)不足造成的電能浪費(fèi)、諧波污染造成的電壓穩(wěn)定性差、電壓波動(dòng)頻繁及閃頻等[1]，輕則影響生產(chǎn)，嚴(yán)重的造成設(shè)備損壞、出現(xiàn)事故，直接影響工廠的生產(chǎn)。直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，嚴(yán)重影響到電能質(zhì)量，破壞電力控制設(shè)備的性能，并威脅到電力設(shè)備的安全特性，甚至造成人員傷亡，因此需對電力系統(tǒng)中無功進(jìn)行補(bǔ)充和諧波進(jìn)行有效治理。以某工業(yè)電力系統(tǒng)為例，整體供電系統(tǒng)采用十二脈動(dòng)整流器，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，由于觸發(fā)脈沖不對稱，引發(fā)多次特征諧波，直接影響到電控主體的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至引發(fā)主體電控失效，燒毀快熔和可控硅等電氣件，直接威脅到系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行和人身安全。因此電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量逐漸引發(fā)廣泛關(guān)注，同時(shí)也促進(jìn)了諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，而無功補(bǔ)償裝置經(jīng)歷了第一代（機(jī)械靜止無功補(bǔ)償裝置）、第二代（電抗器式無功補(bǔ)償裝置）、第三代（SVG靜止無功補(bǔ)償技術(shù)）等幾代的發(fā)展歷程[2]。其中，SVG技術(shù)的應(yīng)用，極大地推動(dòng)了諧波治理領(lǐng)域的發(fā)展，其響應(yīng)迅速，并有效避免諧波對電力系統(tǒng)的干擾，在提升電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和運(yùn)行效率等方面均發(fā)揮著重要作用。

1 SVG的工作原理

1.1 工作原理

在諧波治理過程中，由于諧波頻率與基波頻率呈正相關(guān)關(guān)系，可借助無功補(bǔ)償技術(shù)對諧波進(jìn)行處理。SVG，即靜止無功發(fā)生器（STATCOM），在無功補(bǔ)償和諧波治理中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。其工作原理如下：SVG屬于柔性交流輸電系統(tǒng)的范疇，是基于第一代（機(jī)械靜止無功補(bǔ)償裝置）、第二代（電抗器式無功補(bǔ)償裝置）諧波治理技術(shù)發(fā)展而來的新一代諧波補(bǔ)償技術(shù)，其核心元器件為三相電壓逆變器，借助電抗器對輸出電壓進(jìn)行控制，通過對其幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)確保輸出功率的質(zhì)量，依據(jù)幅值大小吸收或輸出感性無功。SVG工作原理圖如圖1所示，在電網(wǎng)中并聯(lián)橋式換相電路，借助電抗器實(shí)現(xiàn)交流輸出電壓的幅值和相位可調(diào)節(jié)[3]，對無功電流進(jìn)行吸收，達(dá)到電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

SVG：靜止無功發(fā)生器;System：電網(wǎng)輸電系統(tǒng);Uinverter：變頻器電壓;Usystem：電力系統(tǒng)輸出電壓;IL：諧波電流。

在電力系統(tǒng)中，SVG技術(shù)的應(yīng)用包括了空載運(yùn)行模式、容性運(yùn)行模式和感性運(yùn)行模式等三大類，在空載運(yùn)行模式中，SVG不吸收也不放出無功;容性運(yùn)行模式存在超前電流I1，通過對其幅值進(jìn)行連續(xù)控制以實(shí)現(xiàn)對SVG無功的調(diào)節(jié);感性運(yùn)行模式存在滯后電流I2，此時(shí)可連續(xù)控制SVG吸收的無功。

1.2 基本配置及作用

SVG的基本配置包括了3 Mvar SVG 及 3 MvarFC，本質(zhì)上為一動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償與諧波綜合治理裝置，涵蓋了高壓控制開關(guān)柜、一次主接線、電抗器、控制柜、功率柜以及濾波器等主要部件，依據(jù)供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行特性，達(dá)到無功補(bǔ)償和諧波治理的目的。

在此SVG裝置中，主要組成部件為控制柜（包括控制、繼電器、面板及空開等，用于供電輸出、控制電容器濾波電路）、功率柜（通過功率單元實(shí)時(shí)變換功率）、啟動(dòng)柜（包括開關(guān)、充電電阻及刀閘等，通過自勵(lì)啟動(dòng)對直流電容充電，刀閘用于檢修時(shí)提供安全保證）、連接電抗器（經(jīng)由電抗器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出向系統(tǒng)側(cè)傳遞）。其中，濾波電路具有無源特性，無功補(bǔ)償裝置涵蓋了3組電容器裝置，二者共同搭建了無源濾波電路，可對多次諧波進(jìn)行濾除處理，降低多次諧波干擾，有助于抑制多次諧波干擾，在實(shí)際運(yùn)行中可以克服三相不平衡的電壓環(huán)境，提升功率因數(shù)，并達(dá)到抑制電壓波動(dòng)，保障電力系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

2 SVG 無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用分析

在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，SVG無功補(bǔ)償技術(shù)在確保電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性方面起到了關(guān)鍵性的作用，并能有效提升供電質(zhì)量，具有重大的社會(huì)意義。一方面，電力系統(tǒng)中引入SVG無功補(bǔ)償技術(shù)有助于降低系統(tǒng)運(yùn)行電壓的波動(dòng)特性，提升電力供應(yīng)質(zhì)量，而借助無功補(bǔ)償技術(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)特性，對于系統(tǒng)運(yùn)行電壓的適應(yīng)范圍更廣泛，可以依據(jù)實(shí)際運(yùn)行電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)其輸出參數(shù)以及輸出功率，在電壓過高或者過低時(shí)分別采取有效的調(diào)控措施，分別降低或者提升無功功率的輸出容性。

SVG無功諧波補(bǔ)償技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中有助于保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定特性，對于40 kV母線電壓的供電系統(tǒng)來說，借助SVG技術(shù)，其整個(gè)系統(tǒng)的電壓浮動(dòng)率可以控制在±0.25%之內(nèi)，有助于保障輸電的可靠性;此外，SVG無功補(bǔ)償裝置具有著高效、快速的響應(yīng)特性，有助于快捷反饋電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的電壓故障，并在系統(tǒng)電壓驟變時(shí)發(fā)揮支撐作用，避免外界環(huán)境或者內(nèi)部故障導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生故障，影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對于城市軌道交通系統(tǒng)的保障作用更為顯著;另一方面，在減少電力系統(tǒng)干擾、提升故障響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上，SVG技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，還能夠有效提升電力傳輸質(zhì)量，提升功率因數(shù)，這是由SVG無功補(bǔ)償技術(shù)的固有特點(diǎn)決定的，在電路系統(tǒng)傳輸中，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)有助于極大地降低諧波率，有效提升電力供應(yīng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和可靠性。