基于SVC和SVG无功优化分析

基于 SVC 和 SVG 无功优化分析

李广怀

中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130021

摘要：根据SVG的技术原理及应用情况，结合某需跨国供电的220kV变电站运行的实际情况和相关规程要求，进行无功优化分析，并利用DIgSILENT和BPA程序对SVG运行进行仿真模拟，提出提高该变电站运行情况的无功补偿方案。分析结果表明，该变电站在配置一定容量的SVG后，通过与现有无功设备的联合运行，能够保证该变电站的无功需求满足实际运行需要和相关规程规定要求，并对该系统电压波动及闪变情况起到了很好的抑制作用，具有很高的实用性和可应用价值。

关键词：SVG；变电站；仿真模拟；实用性

0 引言

电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的一项有效手段，是降低电网损耗、提高电能质量的重要措施。其中，电压偏差是衡量电能质量的一个重要指标，超过允许范围的电压偏差将影响电气设备的运行性能，使设备效率下降，严重时将无法正常工作，从而直接或间接的危害设备、人身及系统的安全^[1]。

1 SVG的技术原理及应用

1）SVG技术原理

SVG（Static Var Generator）是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。SVG的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联至电网，适当的调整桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或直接控制其交流侧以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电力，实现动态无功补偿的目的^[2]。

2）SVG与其他无功补偿方式的比较

SVG可根据负载特点和工况，自动调节其输出的无功功率的大小和性质（容性或者感性）。因此，从本质上讲，SVG可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器。

SVG是目前最为先进的无功补偿技术，其基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换^[4]。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：响应时间更快；抑制电压闪变能力更强；运行范围更宽；补偿功能多样化；谐波含量极低；占地面积较小；设备损耗小。

3）SVG的应用

SVG适用于电力输配电系统内大多数需要应用动态无功补偿的场合，主要包括：

目前，SVG设备已经应用于东北区域的风电场及部分220kV及以下变电站，其主要应用目的为提高受端电压及无功水平，增强系统特别是风电送出系统的电压波动及其稳定性，减少系统的传输损耗。

2 A变电站现状及无功分析

1）A变电站现状分析

通过数据分析，A变电站#1、#2主变出现的最小功率因数为0.8202，其2回220kV受电线路最大无功需求36.9Mvar，220kV侧母线电压波动范围为221.3kV～237.1kV，35kV侧母线电压波动范围为33.3kV～38.8kV。结合本次研究的控制目标及相关规程规定要求，本次研究中，A变电站的主变功率因数分析范围为0.82、0.85、0.90、0.95、1.00。

3）无功需求分析

在考虑A变电站#1和#2主变均满载的情况下，分析不同功率因数情况下，A变电站的无功需求，其2回220kV受电线路提供的最大无功按20Mvar计入。其中，A变电站主变无功损耗-21.6Mvar，220kV线路无功损耗-13.6Mvar，220kV线路充电功率7.7Mvar，现有容性无功补偿容量40.0Mvar。无功需求分析结果详见表2。分析结果表明，随着A变电站主变功率因数的降低，为保证受电线路无功控制在20Mvar范围内，需要在A变电站增加的无功容量呈增长趋势，以A变电站主变功率因数为0.95为例，若主变满载，则需要补偿无功容量将达到56.2Mvar，无功需求量较大，变电站现有无功补偿容量不能满足。

3 稳态仿真计算分析

本实例的稳态仿真分析采用的计算工具为DIgSILENT（15.1版），其中，电网额定电压为220kV，额定视在功率为100MVA，仿真建模详见图5。

1）稳态分析

设定B变电压变化范围，即按B变电站输出电压为1.02p.u.、1.07p.u.、1.075p.u.和1.09p.u.4种电压情况，同时将A变电站220kV线路出口侧无功受入均控制为10Mvar。

a）A变电站#1、#2主变均按满载运行考虑

计算结果表明，若考虑功率因数不变，随B变电站电压增加，SVG出力呈递减状态；若考虑B变电站电压不变，随功率因数增加，SVG出力呈递减状态。以B变电压为1.07p.u.为例，当功率因数接近于1.00时，SVG出力将由容性转为感性。

上述分析结果表明，为保证A变电站实际运行满足相关规定要求，当其#1主变和#2主变满载，且功率因数在0.82～1.00范围内变化时，SVG容量范围为+27.9Mvar～-21.0Mvar。

b）A变电站#1、#2主变均按80MVA和85MVA视在功率运行

综合以上分析，可考虑在A变电站#1和#2主变各装设20Mvar的SVG，共计40MvarSVG，并与现有2×20Mvar低压电容联合运行，即可满足实际电网运行需要。

4 暂态仿真计算分析

为校验SVG对电压波动的抑制效果，体现SVG应对冲击负荷的能力，利用中国电科院电力系统分析计算软件（BPA中文4.0版）对本实例无功配置优化方案进行暂态仿真分析，具体分析如下：

a）A变电站发生30MW的冲击负荷变化

计算结果表明，安装SVG后，A变电站220kV母线电压得到很好的抑制，电压波动明显变小，电压水平得到很好的控制，且SVG响应时间及电压恢复水平均较常规投切电容理想，详见图7～图8。

b）1回受电线路退出运行

经计算，当1回受电线路退出运行时，A变电站220kV母线电压能够保持稳定，其中投入SVG对变电站220kV母线电压恢复均有一定的促进作用，但作用相对不明显，详见图9。

在初始容性无功出力相同的情况下，其中SVG可实现无功出力的快速调节，增大无功出力后，故障前后的电压水平基本一致；而普通电容器无功出力不变，故障后电压水平略有下降。

图9 1回受电线路退出运行后，A变电站220kV母线电压曲线图（单位：kV）

5 结论

1）变电站现有2种常规的电压调整方式受其自身调整能力及电网建设发展趋势影响，当电压波动较为频繁或存在谐波的情况下，难以实现预期的无功优化效果，有必要采取安装SVG等动态无功补偿设备予以解决。

2）通过SVG的原理分析及实例仿真计算，可考虑在A变电站每台主变下各装设20Mvar的SVG，并与站内现有2×20Mvar低压电容器联合运行，可保证A变电站受电线路出口侧无功受入均不高于10Mvar，即满足相关规定要求。

参考文献：

[1]田世力，束龙.电力系统无功优化方案比较[J].工程技术与产业经济，2009（6）：35-37.

[2]翁利民，张莉，靳建峰．电网电压稳定与无功功率补偿的研究[J]．江苏电器，2008(4)：18-21．

[3]刘磊，王仲初，胡洋. 三相电压型SVG的直接电流控制方案及仿真[J]．辽宁科技大学学报，2010(10)：534-538．

[4]黄剑. 南方电网±200Mvar静止同步补偿装置工程实践[J]．南方电网技术，2012(6)：14-20．

[5]官正强. SVG技术及其应用[J]．制造业自动化，2010(10)上：206-215．