SVG在750kV电力系统中的应用技术分析杨洋

SVG在750kV电力系统中的应用技术分析杨洋

杨洋成双峰

杨洋成双峰

常州博瑞电力自动化设备有限公司江苏常州213000

摘要：本文针对750kV中电压等级输电系统，讨论了系统采用无功补偿装置SVG技术的可行性。研究对比了一些故障或某些运行方式下工频过电压的限制研究了SVG装置的工作原理和系统构成。最后，以某个专线接入的750kV电站为例提出了无功配置方案，并进行了仿真分析，研究结果对750kV电站的工程设计及无功补偿技术研究具有指导作用。

关键词：750kV变电站；SVG；仿真

0引言

目前750kV电力系统中多为水电与光伏互补的格局，大大缓解了各通道输送压力。较原330kV可传输更大的容量、更远的距离，但线路容性充电功率增大，会限制传输容量，增大系统静态和动态稳定性，降低工频过电压和操作过电压，需要无功补偿加以调整，提高稳定性。传统的方法是使用同步补偿机或综合使用并联电抗器和投切电容器组以改善系统性能，提高系统传输功率[3-8]。

1、SVG无功补偿装置

1.1SVG原理分析

SVG主要由主电路、控制电路、驱动电路等组成。功率开关器件采用具有自关断能力的开关器件IGBT，主电路直流侧采用电容器作为储能元件和电压支撑元件，电压源逆变器经耦合变压器接入电网。SVG正常工作时是通过电力半导体开关的通断，将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器。因此，SVG可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上。所以，SVG的工作原理就可以用图1所示的单相等效电路图来说明。

图1SVG等效电路图

设电网电压和SVG输出的交流电压分别用向量V_X和V_SVG表示，则连接电抗X上的电压V_L即为V_X和V_SVG的向量差，连接电抗的电流就是SVG从电网吸收的电流I。在这种情况下，电压V_SVG与电流I仍相差90°，而电网电压V_S与电流I的相差不再是90°，而是比90°小了角，这个角也就是电网电压V_S和SVG交流侧电压的相位差。改变这个相位差，并且改变V_SVG的幅值，则产生的电流的相位和大小也就随之改变，也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。

1.2SVG系统构成

SVG装置由换流阀、启动电路和控制装置构成。根据接线形式的不同SVG又可分为降压式和直挂式。通过连接变升压至系统电压等级的接线形式为降压式，增加连接变的阻抗，即可实现抑制高次谐波的功能，故降压式接法可省去电抗器。降压式SVG技术相对成熟可靠，但单套容量较小，适用于15Mvar以下；直挂式SVG通过连接电抗器连接到35kV或者66kV母线上，直挂式SVG单套设备容量可以做到较大，可以做到数百兆乏及以上容量。控制装置是SVG实现无功输出容量控制的核心单元，可以通过图3中的控制原理进行进一步的分析，兼具有故障信息上送、保护、数据采集与处理和提供交直流电源等功能。控制装置从系统获取电压、电流信号，通过内置的DSP芯片进行分析运算，从而产生各IGBT模块的触发信号。

SVG主回路中，当接收到起机命令之后，只有在开关刀闸位置满足启动条件情况下才允许遥控闭合SVG进线断路器，待功率模组电压稳定后，再自动闭合SVG旁路断路器或旁路隔刀切除限流电阻，然后进入解锁发无功状态，按照预设的控制目标工作发出相应的无功功率。当接收到停机命令之后，首先闭锁功率模组的驱动脉冲将SVG输出无功降至零，再断开SVG进线断路器，然后经过一定的延时再断开SVG旁路断路器或旁路隔刀，可以实现无扰动停机。

2、750kV电力系统中SVG设计方案

2.1计算条件

针对因750kV电力系统支路故障后，750kV主变低电压导致送出受限情况，考虑在750kV主变安装动态无功补偿设备，改善750kV侧故障低电压问题，提高清洁能源的送出能力[9]。为了了解SVG动态无功补偿装置对提高750kV侧电压的效果，以下将根据某750kV（A变电站）电网系统为例，经过计算与仿真分析SVG无功补偿设备对电网电压改善情况；PSASP的SVG基本控制模型，如图2所示：

图2PSASP的SVG基本控制模块

上述仿真模型基本控制均采用母线电压控制，以A变电站66kV间隔母线电压作为控制输入，以750kV母线电压作为控制目标。

初始条件：考虑当前A变电站内一般固定无功补偿设备只有并联电抗器，在外送需求较大的情况下，A变电站电压偏低，需退出全部并联电抗器，为了避免750kV母线正常运行电压偏低，同时保证动态无功补偿装置的调节能力，正常方式时动态无功补偿按0Mvar投入，正常运行时的电压控制主要通过固定电抗器调节，SVG针对正常电压波动可考虑微调。

稳定判据：为了衡量SVG对清洁能源送出断面能力和电压波动的影响，参照相关750kV工程的计算经验，A变电站母线电压跌落不超过30kV，则认为此时电网是稳定的，否则需重新考虑断面传输能力。

2.2动态无功补偿能力估算

下面是简化的电压波动计算公式：

其中，电压变动d定义为：

式中，为电压的变化值；为系统标称电压，为无功的变化量，为研究母线的短路容量。

下面评估当前方式下SVG的电压控制能力和影响，在当前电网方式下，A变电站母线的短路电流和短路容量分别为短路电流为10kA，短路容量14000MVA。

根据简化的电压波动计算公式，A变电站推荐采用±360Mvar容量的SVG，经计算SVG对750kV母线的控制能力为电压控制能力为±2.56%，折合电压幅值为±20.5kV左右。即可理解SVG输出容性无功360Mvar，可抬升A变电站750kV侧电压20.5kV。

3结束语

本文针对某750kV变电站（A变电站）电网中自由潮流和负荷变化很大，以上器件不能连续、快速控制，而电网缺少快速控制手段会使系统输电可控性差，电网损耗大量电能或被迫降低输送能力的问题。提出了动态无功补偿装置SVG的技术方案，详细介绍了该方案的补偿原理，系统构成，并结合750kV变电站A进行了仿真计算分析，可有效提升A变电站的750kV侧电压和断面输送能力，验证了SVG补偿装置在750kV系统中的可行性。

参考文献：

[1]熊桥坡，罗安，帅智康，等．级联型SVG单载波调制策略研究[J].中国电机工程学报，2013，33（24）：74-81.

[2]邵春伟.H桥级联型静止无功发生器SVG的研究[D]．哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014.

[3]黄燕艳，邓军波，钱鑫，等.750kV输电系统接入静止无功补偿器的可行性[J].特高压，2002.

[4]彭建春，代红才，王娜，等.750kV长线路中间动态无功补偿的研究[J].电网技术，2007，31（15）：16-20.

作者简介：

杨洋（1988—），男，硕士研究生，助理工程师，从事无功补偿器及电力电子研究；