齊軍亮

（開(kāi)灤集團(tuán)唐山礦業(yè)公司機(jī)電科，河北 唐山 063000）

1 國(guó)內(nèi)供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)中，理想條件下，希望電流和電壓均為正弦波，所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。但當(dāng)正弦電壓加到非線性電路（如電力電子元件）上時(shí)，電流就會(huì)變成非正弦波，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，從而造成負(fù)載側(cè)的電壓波形也變成非正弦波。由于各種原因，從而使現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)中都存在一定的諧波。

2 諧波的危害

諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化。近三四十年來(lái)，各種電力電子裝置的迅速發(fā)展使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面。

2.1 諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線時(shí)會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

2.2 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

2.3 諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，甚至引起嚴(yán)重事故。

2.4 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。

2.5 諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

3 解決方法

為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問(wèn)題，基本思路有兩條：一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；另一條是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1。一般情況下大都采用裝設(shè)有源動(dòng)態(tài)無(wú)功諧波補(bǔ)償裝置。

4 有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的組成和工作原理

4.1 有源動(dòng)態(tài)無(wú)功諧波補(bǔ)償裝置組成

有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置有四部分構(gòu)成

控制柜——控制裝置的運(yùn)行、保護(hù)和監(jiān)測(cè)；

功率柜——提供動(dòng)態(tài)無(wú)功功率和諧波電流通路的大功率電力電子裝置，采用鏈?zhǔn)綋Q流器，也簡(jiǎn)稱為換流鏈；功率柜冷卻裝置——采用強(qiáng)迫風(fēng)冷裝置；連接電抗器——將裝置接入系統(tǒng)的連接電抗器；啟動(dòng)柜——隔離開(kāi)關(guān)、真空斷路器、限流電阻、避雷器、電流互感器等。

4.2 有源動(dòng)態(tài)無(wú)功和諧波補(bǔ)償裝置的工作原理

有源動(dòng)態(tài)無(wú)功和諧波補(bǔ)償裝置（又稱為SVG）是由鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償和固定電容器共同構(gòu)成的，按各自容量的不同可組合成各種補(bǔ)償范圍的有源動(dòng)態(tài)無(wú)功和諧波補(bǔ)償裝置。其中的SVG不同于傳統(tǒng)SVC的阻抗補(bǔ)償（靠電容器和電抗器發(fā)出和吸收無(wú)功）原理，而是基于電壓源自換相換流器，原理上等效于靜止的同步調(diào)相機(jī)，但性能上又遠(yuǎn)優(yōu)于調(diào)相機(jī)和SVC。

由于SVG通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此SVG可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過(guò)交流電抗器接到電網(wǎng)上。連接電抗的電流是可以由其電壓來(lái)控制的。這個(gè)電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流，因此改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)于系統(tǒng)的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。SVG可以對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償,其由兩大部分組成,即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路(由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路三部分構(gòu)成)。其中，指令電流運(yùn)算電路的核心是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波和無(wú)功等電流分量，因此有時(shí)也稱之為諧波和無(wú)功電流檢測(cè)電路。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出的補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。

5 有緣動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）的優(yōu)點(diǎn)

5.1 啟動(dòng)沖擊小

SVG部分采用自勵(lì)方式起動(dòng)，啟動(dòng)快速且沖擊電流限制在很小的幅值。

5.2 可以任意組合的連續(xù)補(bǔ)償范圍

SVG可以從額定感性工況到額定容性工況連續(xù)輸出無(wú)功，和固定電容器組合可構(gòu)成任意范圍的連續(xù)補(bǔ)償。

5.3 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快

SVG具有10ms以內(nèi)的快速輸出無(wú)功特性，因而對(duì)快速的沖擊負(fù)荷具有更好的補(bǔ)償效果，對(duì)閃變有更好的抑制效果；而傳統(tǒng)的SVC響應(yīng)時(shí)間一般在40ms-60ms（太快可能引起電抗和電容器產(chǎn)生振蕩）。

5.4 憂異的諧波輸出特性

SVG既可以輸出近似正弦波的無(wú)功電流（不含諧波，用于電網(wǎng)補(bǔ)償），也可以輸出設(shè)定次數(shù)的諧波電流（用于負(fù)荷諧波濾波），即SVG輸出電流是完全有源可控的，完全滿足用戶的需要；而SVC產(chǎn)生大量不可控的諧波電流，又附帶大量不可控的無(wú)源濾波支路來(lái)實(shí)現(xiàn)自身產(chǎn)生的諧波電流的濾波。所以SVC的濾波壓力比較大，它要濾除本身的諧波，還要濾系統(tǒng)的諧波電流，它產(chǎn)生的諧波與系統(tǒng)的諧波相當(dāng)，而且有3次諧波，對(duì)系統(tǒng)不利。

5.5 占地面積小

SVG以半導(dǎo)體功率器件構(gòu)成的逆變器為核心，使用直流電容器儲(chǔ)能，無(wú)SVC中體積龐大的濾波支路和電抗器，安裝尺寸一般只有SVC的1/5-1/3。

5.6 高效率(節(jié)能)

SVG采用新型低損耗IGBT功率器件，直接輸出電壓范圍1kV－35Kv,省去了連接變壓器，裝置效率可達(dá)99%以上；而由于損耗曲線特性優(yōu)于SVC（SVC空載時(shí)損耗達(dá)到最大），SVG的等效運(yùn)行損耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效運(yùn)行耗電量大大低于SVC。

5.7 超強(qiáng)補(bǔ)償能力

SVG輸出電流不依賴于系統(tǒng)電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，在系統(tǒng)電壓跌落到20%時(shí)仍可以輸出額定無(wú)功電流，具有更寬的運(yùn)行范圍；而SVC輸出電流與系統(tǒng)電壓成正比下降，使得達(dá)到同等補(bǔ)償效果SVG容量可以比SVC容量小20%－30%。通過(guò)對(duì)固定電容器組的綜合控制，可以更好的滿足系統(tǒng)和負(fù)荷的補(bǔ)償范圍要求。

5.8 高可靠性

SVG采用N+1或N+2冗余主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)（或兩個(gè)）鏈節(jié)單元損壞后仍可繼續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行。

5.9 多種補(bǔ)償功能

抑制電力系統(tǒng)過(guò)電壓，改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負(fù)荷數(shù)量，并防止發(fā)生暫態(tài)電壓崩潰；動(dòng)態(tài)地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩(wěn)態(tài)傳輸功率極限；阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩 ；在負(fù)荷側(cè)，能抑制電壓閃變、補(bǔ)償負(fù)荷不平衡、提高負(fù)荷功率因數(shù)、濾除諧波。

6 SVG的主要功能

6.1 控制及保護(hù)系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)由主控機(jī)箱、PLC、觸摸屏、相配套的軟件等幾個(gè)主要部分組成。各部分應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：

觸摸屏：人機(jī)界面；

PLC：控制觸摸屏的顯示與操作。

主控機(jī)箱：具有全數(shù)字控制器，由各功能板卡組成，采用分相瞬時(shí)電流控制策略。

6.2 通訊功能

控制器應(yīng)具有和上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)化接口。采用通訊管理機(jī)實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方通訊。同時(shí)控制具備與變電站綜合自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)的功能，高壓開(kāi)關(guān)柜的合閘、分閘及狀態(tài)監(jiān)控在后臺(tái)保護(hù)上實(shí)現(xiàn)。

6.3 保護(hù)功能

成套裝置應(yīng)采用綜合保護(hù)策略，以提高裝置可靠性；保護(hù)保護(hù)類型如下：母線過(guò)壓、母線欠壓、過(guò)流、速斷、直流過(guò)壓、電力電子元件損壞檢測(cè)保護(hù)、丟脈沖、觸發(fā)異常、過(guò)壓擊穿、控制系統(tǒng)電源異常、丟同步電源、閥室超溫、保護(hù)輸入接口、保護(hù)輸出接口控制和系統(tǒng)電源異常等保護(hù)功能。

7 結(jié)論

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)供電系統(tǒng)的質(zhì)量會(huì)越來(lái)越高，SVG必將會(huì)大量的投入使用。

[1]周國(guó)威，李欣.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償及補(bǔ)償效益分析[J].電力電容器，2005-03-30.