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1 前言

隨著國家支農(nóng)惠農(nóng)政策的相繼出臺，農(nóng)村經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，農(nóng)民生活逐年改善。在用電方面，隨著全面實現(xiàn)城鄉(xiāng)同網(wǎng)同價，機械化生產(chǎn)、電氣化生活在農(nóng)村逐步推廣，電視機、電冰箱、洗衣機、電磁爐、電飯煲、空調(diào)等家用電器得到迅速普及，農(nóng)村的用電量日益增大，以每年約10%～15%的速度持續(xù)遞增。這些電器設備的增加對電能質(zhì)量造成了巨大的污染。主要體現(xiàn)在諧波嚴重超標，造成變壓器、電機、電容器組和線路的損耗加劇，甚至危及設備安全；產(chǎn)生的負序電流對電機等旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，降低工作效率，增加能耗；由于沖擊無功的作用，對電壓造成嚴重的波動和閃變，降低生產(chǎn)效率，單位能耗增加，同時造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。對這些大沖擊非線性負荷或不對稱負荷應進行就地無功補償和用電污染治理，即對該類污染從源頭進行治理，以達到電能質(zhì)量治理、節(jié)能降耗、增加產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

因此，采用無功發(fā)生器技術(shù)是解決這些問題的較有效措施之一，一方面可以抑制電壓波動，改善電能質(zhì)量，另一方面對系統(tǒng)的阻尼特性也有一定程度的改善；可以提高受端電網(wǎng)的動態(tài)無功備用水平，提高受電能力。

無功補償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調(diào)相機→開關(guān)投切固定電容→靜止無功補償器（SVC）→靜止同步補償器（SVG）的過程。靜止無功補償器（STATCOM，又稱SVG）采用了全控型開關(guān)器件（如IGBT），所以其動態(tài)補償效果是早期的同步調(diào)相機、電容器等無功補償裝置不能比擬的。靜止無功發(fā)生器以其較低的諧波，較高的效率，較快速的動態(tài)響應，將成為輸電系統(tǒng)中的重要設備。農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，離不開作為基礎產(chǎn)業(yè)的電力的支持，農(nóng)村電網(wǎng)對建設社會主義新農(nóng)村有著至關(guān)重要的意義。
2 風光STATCOM（以下簡稱FGSVG）與傳統(tǒng)補償裝置的比較

風光STATCOM（以下簡稱FGSVG）是新風光電子科技股份有限公司自主研發(fā)的高壓動態(tài)無功補償裝置，采用現(xiàn)代電力電子、自動化、微電子及網(wǎng)絡通訊等技術(shù)，采用先進的瞬時無功功率理論和基于同步坐標變換的功率解耦算法，以功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓或者兩者分時間段作為控制目標，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來調(diào)節(jié)無功輸出，實現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運行。FGSVG擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和多項發(fā)明專利，以其較低的諧波，較高的效率，快速的動態(tài)響應，成為輸電系統(tǒng)中的重要設備。

FGSVG與同步調(diào)相機、SVC裝置比較具有如下優(yōu)點：
（1）采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護，可以節(jié)省大量的維護費用；
（2）在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)震蕩等方面的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機；
（3）控制靈活、調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)速度廣，在感性和容性運行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應速度可達毫秒級；
（4）靜止運行、安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機那樣的大型轉(zhuǎn)動設備，無磨損，無機械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響；
（5）對電容器的容量要求不高，可以省去常規(guī)裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機構(gòu)，使FGSVG體積小、損耗低；
（6）連接電抗小。FGSVG接入電網(wǎng)的連接電抗，作用是濾除電流中存在的較高次諧波，另外起到將變流器與電網(wǎng)連接起來的作用，因此其電感量遠小于補償容量相同的TCR等SVC裝置所需的電感量；
（7）FGSVG輸出電流不依賴于電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，具有更寬的運行范圍。而SVC本質(zhì)是阻抗型補償，輸出電流和電壓成線性關(guān)系。因此系統(tǒng)電壓變低時，同容量FGSVG可以比SVC提供更大的補償容量，F(xiàn)GSVG若配合同容量固定電容器可構(gòu)成0～2倍容量的動態(tài)容性無功補償器，性價比更高；
（8）FGSVG比SVC具有更快的響應速度，因而更適合抑制電壓閃變。FGSVG響應時間在10 ms以內(nèi)，而SVC響應時間一般在大于40 ms。FGSVG從額定容性無功功率變?yōu)轭~定感性無功功率（或相反）可在1 ms之內(nèi)完成，這種響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償；
（9）FGSVG的橋式電路采用多重化技術(shù)、多電平技術(shù)或PWM技術(shù)來消除次數(shù)較低的諧波，并使如7、11等較高次數(shù)諧波減小到可以接受的程度。而SVC本身要產(chǎn)生一定量的諧波，如TCR型的5、7次特征次諧波量比較大，占基波值的5%～8%；其他如SR，TCT等也產(chǎn)生3、5、7、11等次的高次諧波，這給SVC 系統(tǒng)的濾波器設計帶來許多困難；
（10）在故障條件下，F(xiàn)GSVG比SVC具有更好的控制穩(wěn)定性。SVC使用了大量電容器電抗器，當外部系統(tǒng)容量與補償裝置的容量可比時，SVC會產(chǎn)生不穩(wěn)定性。FGSVG對外部系統(tǒng)運行條件和結(jié)構(gòu)變化不敏感；
（11）FGSVG比同容量SVC占地面積小、成本低。FGSVG由于使用直流電容器儲能，可以減小電容器體積，且不需要并聯(lián)電抗器即可以控制無功功率平滑變化，因此安裝尺寸大大減??；
（12）FGSVG能夠在一定范圍內(nèi)提供有功功率，減少有功功率沖擊。SVC只能提供無功功率，不具備提供有功功率的功能。
3 FGSVG產(chǎn)品系統(tǒng)介紹
3.1 FGSVG產(chǎn)品原理

FGSVG產(chǎn)品的原理示意圖如圖1所示，基本原理就是將自換相橋式電路通過變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

3.2 FGSVG產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

FGSVG產(chǎn)品系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示：

FGSVG產(chǎn)品的構(gòu)成主要有三個部分組成：進線柜、功率柜、控制柜。圖3為電氣原理示意圖。

進線柜是連接電網(wǎng)與裝置的樞紐，控制裝置的掛網(wǎng)與斷網(wǎng)，并預留與原無功補償設備（FC）的接口，方便現(xiàn)場的對接。

功率柜采用模塊化設計，功率單元的結(jié)構(gòu)和電氣性能完全一致，單元可以互換，方便檢修和維護。

控制柜人機界面優(yōu)化處理，人性化設計，全數(shù)字化控制，實時計算電網(wǎng)所需的無功功率、諧波、負序電流等實現(xiàn)動態(tài)跟蹤與補償，對輔助設備實時控制，保持與上位機通訊，具有良好的可觀測性。

3.3 FGSVG電氣原理

FGSVG產(chǎn)品的主電路采用鏈式逆變器拓撲結(jié)構(gòu)，Y型連接，10kV裝置每相12個單元串聯(lián)組成，6kV裝置每相8個單元串聯(lián)組成，運行方式為N＋１模式。
這種結(jié)構(gòu)可以獨立分相控制，有利于解決相間平衡問題，在系統(tǒng)受到干擾時，更好地提供電壓支撐；所有鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)完全相同，可以實現(xiàn)模塊化設計，便于擴展裝置容量；每相鏈節(jié)可設置一個冗余鏈節(jié)，當一個單元出現(xiàn)故障后仍可以滿負荷繼續(xù)運行，確保裝置的可靠性；去掉了連接變壓器，降低了裝置成本和損耗。

功率單元電路如圖4所示。為保證功率單元的可靠性，設計時選用同一批次的元器件，保證各元器件性能的一致性。每個功率單元均具有完善的保護措施，并且各工作狀態(tài)均送回主控單元，主控與各單元信號連接均采用光纖。

FGSVG裝置控制核心由高速32位數(shù)字信號處理器DSP、大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD/FPGA和一體化人機界面協(xié)同運算來實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證FGSVG達到較優(yōu)的運行性能。提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性?？刂破鞑捎么笠?guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系，功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的電源，方便調(diào)試、維修，增強了系統(tǒng)的可靠性。在不加高壓的情況下，設備各點的波形與加高壓情況基本相似，給整機調(diào)試帶來了很大方便。
4四川某典型應用案例

塔山供電所位于三臺縣東路的塔山場鎮(zhèn)，現(xiàn)有6300kVA主變兩臺，全年供電量2000多萬kW·h。轄區(qū)35kV劉塔線路一條18.6公里，10kV線路共六條共計312.3公里，共計量用戶27905戶，現(xiàn)在10kV母線上裝設2000kvar的SVG一臺。供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

用戶現(xiàn)場在集中用電高峰時，功率因數(shù)很低，此時電網(wǎng)功率因數(shù)仍然在0.2以下，存在“欠補”現(xiàn)象；在用電低谷時，存在“過補”現(xiàn)象。波動明顯的無功功率導致10kV電網(wǎng)母線電壓的波動，對用戶用電安全造成影響，供電所原來配置2組0.6MVAR無功補償電容器，其中一組電容器已經(jīng)損壞，并且單組電容器在投切過程中無法無級調(diào)節(jié)無功功率。
電力公司領(lǐng)導經(jīng)過多方考察，選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的FGSVG，規(guī)格型號為：±2000kvar/6kV，對電網(wǎng)進行無功補償及諧波治理。于2011年9月25日開始了安裝、主電纜及控制線路的鋪設、繼保的整定調(diào)試、電纜的耐壓試驗及裝置本身的性能調(diào)試及檢驗。經(jīng)嚴格的程序批報，本臺裝置于2011年9月30日正式在塔山供電所聯(lián)網(wǎng)。在聯(lián)調(diào)期間裝置未對電網(wǎng)正常運行帶來任何不良影響。

FGSVG可與原電容柜并列運行也可以單獨運行，由于FGSVG具有容感性連續(xù)調(diào)節(jié)功能，安裝FGSVG裝置后，不僅使電網(wǎng)功率因數(shù)由原來的0.2以下提高到0.98以上，并且解決了現(xiàn)有電容器補償裝置“過補”的問題。FGSVG工作可靠，功能齊全，自動化程度高，操作簡單，能實時記錄各種運行參數(shù)及發(fā)生的故障并對各種故障進行自動保護，與現(xiàn)有的無功補償設備相比優(yōu)越性非常明顯。
圖6為投入前功率因數(shù)曲線，圖7為投入后功率因數(shù)曲線。

5使用效益分析

在電網(wǎng)中安裝FGSVG，不僅可使功率消耗減小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。配電網(wǎng)加裝FGSVG后，從電網(wǎng)電力用戶的效益分析，主要集中在以下幾個方面：
（1）可以大大改善電能質(zhì)量。
（2）有效降低電能損耗。
（3）減少用戶電費支出。
FGSVG無功補償?shù)男б娣浅Ｃ黠@，經(jīng)測算，該用戶每年節(jié)約電費100多萬元。用戶補償后也使電網(wǎng)降低了損耗，提高了電壓質(zhì)量。
6結(jié)束語

在農(nóng)村電網(wǎng)采用無功補償改善供電系統(tǒng)的電網(wǎng)質(zhì)量，這樣不僅能增大有功輸出能力，使設備容量得到充分利用，而且增加了輸電能力，減少功率損耗和電能損耗，降低了線路中的電壓損失和電壓波動，從而達到節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的目的，為用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，是一件利國利民的好事，值得在農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)大力推廣。