摘要：本文對(duì)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(mǎn)足兩段母線(xiàn)分列、并列運(yùn)行的要求，成功研發(fā)出國(guó)內(nèi)首套20kV配電網(wǎng)，集中-分布綜合補(bǔ)償靜止型無(wú)功發(fā)生器(SVG)。在通過(guò)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(chǎng)進(jìn)行調(diào)試投運(yùn)，結(jié)果表明此SVG運(yùn)行穩(wěn)定、滿(mǎn)足了工業(yè)園區(qū)高電能質(zhì)量的需求。

關(guān)鍵詞:無(wú)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(shì)，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(duì)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(duì)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(duì)相關(guān)問(wèn)題研究了靜止型無(wú)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(guò)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(guò)驗(yàn)收，成功投運(yùn)，成為國(guó)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(xiàn)，并具備分列、并列運(yùn)行兩種模式，額定容量10Mvar。針對(duì)母線(xiàn)中的5次諧波，開(kāi)發(fā)了5次諧波電流抑制功能：針對(duì)變壓器直流偏磁問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整SVG輸出指今電壓對(duì)直流分量進(jìn)行了抑制，從而保障了SVG的滿(mǎn)功率穩(wěn)定運(yùn)行。

1應(yīng)用場(chǎng)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(duì)示范園區(qū)用戶(hù)電能質(zhì)量差異化需求分析和電能質(zhì)量等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)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(duì)蘇州園區(qū)的電能質(zhì)量問(wèn)題配置補(bǔ)償設(shè)備的方式來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)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(wú)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(xiàn)示意圖如圖1所示。

經(jīng)分析研究此應(yīng)用場(chǎng)合有以下3點(diǎn)情況：

1)由圖1可見(jiàn)，兩套SVG視開(kāi)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(xiàn)電壓背景，發(fā)現(xiàn)5次諧波較大(約4%)，超過(guò)20kV母線(xiàn)的諧波電壓要求(一般20kV母線(xiàn)諧波取10kV的國(guó)標(biāo)要求(3.2%))。20kV母線(xiàn)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(tái)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(duì)此應(yīng)用場(chǎng)合需求，結(jié)合主電路結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)基本功能的同時(shí)，通過(guò)算法解決諧波、直流分量引起變壓器偏磁等附加問(wèn)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(wú)功發(fā)生器主要包含串聯(lián)變壓器、起動(dòng)柜、功率柜、控制柜這幾部分，并通過(guò)通信與DFACTS平臺(tái)進(jìn)行信息交互，接收DFACTS對(duì)SVG關(guān)于啟停、控制方式、控制目標(biāo)的遙控、遙調(diào)信號(hào)，上送系統(tǒng)電壓、電流、SVG電流、功率及狀態(tài)等遙測(cè)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(xiàn)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(wú)功控制；2)適應(yīng)配電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)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(duì)SVG電流的基波控制來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)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(wú)功環(huán)(B視控制方式不同，可為固定無(wú)功功率、功率因數(shù)、20kV系統(tǒng)電壓、20kV處系統(tǒng)無(wú)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(duì)諧波的控制策略

20kV母線(xiàn)電壓中5次諧波含量偏大，且其為110kV母線(xiàn)下負(fù)荷引起，SVG的有源濾波功能僅可抑制接入母線(xiàn)下負(fù)荷引起的諧波，即諧波電流，對(duì)輸電線(xiàn)中諧波電壓存在導(dǎo)致SVG接入點(diǎn)諧波電壓偏大沒(méi)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(duì)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(duì)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(jí)的電壓含有直流分量，造成直流偏磁問(wèn)。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(duì)抗、直流分量抑制功能，利用RTDS仿真平臺(tái)搭建了20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補(bǔ)償靜止型無(wú)功發(fā)生器接入系統(tǒng)的仿真模型，通過(guò)在110kV母線(xiàn)下加5次諧波源制造20kV諧波問(wèn)題，其5次諧波含量約4%。通過(guò)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(jiàn)表1和表2。

5現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

SVG實(shí)現(xiàn)了對(duì)20kV母線(xiàn)處無(wú)功功率的快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，階躍時(shí)的無(wú)功功率曲線(xiàn)如圖5所示?？梢?jiàn)SVG可在10ms以?xún)?nèi)完成無(wú)功調(diào)節(jié)。

投運(yùn)前通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)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(mǎn)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(wú)功，可對(duì)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(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)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(duì)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(jí)；

6.2型號(hào)說(shuō)明

6.3尺寸說(shuō)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(xiàn)損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開(kāi)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(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)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(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)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(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)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(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內(nèi)部晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)諧保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等保護(hù)功能。

7.2型號(hào)說(shuō)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(wú)功補(bǔ)償裝置智能電容方案

8結(jié)論

為滿(mǎn)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(duì)無(wú)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(duì)傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)型SVG進(jìn)行了功能優(yōu)化，解決了諧波問(wèn)題直流分量等問(wèn)題對(duì)設(shè)備自身以及配電網(wǎng)帶來(lái)的影響，研制了國(guó)內(nèi)首套20kV配電網(wǎng)集中-分布綜合補(bǔ)償靜止型無(wú)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。

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作者簡(jiǎn)介：

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

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(xiāo)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(gè)領(lǐng)域。

公司總部位于上海嘉定，具備從云平臺(tái)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(yùn)行在全國(guó)各地，為用戶(hù)高效和安全用能保駕護(hù)航，為企業(yè)節(jié)能降耗和實(shí)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(guó)主要城市配置銷(xiāo)售、技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，快速響應(yīng)客戶(hù)需求，為用戶(hù)提供良好的服務(wù)體驗(yàn)。

設(shè)于無(wú)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(diǎn)企業(yè)。公司采用自動(dòng)化無(wú)鉛生產(chǎn)工藝，擁有獲得國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證認(rèn)可（CNAS）的產(chǎn)品測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，配合信息化管理系統(tǒng)，為公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化實(shí)施提供了保障。

截至2021年12月31日，公司擁有商標(biāo)5項(xiàng)，已獲得證書(shū)的專(zhuān)利304項(xiàng)，其中發(fā)明專(zhuān)利22項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利132項(xiàng)、外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利150項(xiàng)，擁有軟件著作權(quán)251項(xiàng)。

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)為企業(yè)微電網(wǎng)提供覆蓋“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充、運(yùn)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(gè)環(huán)節(jié)，打造終端感知、邊緣智能、共建共享、開(kāi)放合作的電力物聯(lián)網(wǎng)體系。通過(guò)一個(gè)平臺(tái)對(duì)企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，為企業(yè)可靠、安全、節(jié)約、高效、有序用電提供平臺(tái)支撐。

公司將秉著“創(chuàng)新、高效、團(tuán)結(jié)、誠(chéng)信”的理念，堅(jiān)持穩(wěn)健經(jīng)營(yíng)、持續(xù)創(chuàng)新，為用戶(hù)安全、可靠、高效用能提供解決方案，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”提供數(shù)據(jù)支持。

審核編輯 黃宇