１８ 供 用 电 第２７卷第６期 ２０１０年１２月 动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用 徐剑，曹 扬，张伟 （上海市电力公司市区供电公司，上海 ２０００８０） 摘 要：智能变电站的优化无功管理、提高母线电压质量、有效进行谐波治理，是智能电网建设的必要内容。 介绍了由静止无功发生器（ＳＶＧ）和并联电容器组（ＦＣ）组成的动态无功补偿与谐波治理装置（ｓＶＣ＋＋成套 装置）在上海蒙自智能变电站１０ ｋＶ侧的配置，以及有源电力滤波器（ＡＰＦ）在交流３８０ Ｖ站用电系统的配置 方案，分析了其应用效果以及与ＩＥＣ ６１８６０标准的通信接人方式。 关键词：动态无功补偿；智能变电站；静止无功发生器；有源电力滤波器 中图分类号：ＴＭ７１４；ＴＭ７６】 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—６３５７（２０１０）０６—３ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ＸＵ．１ｉａｎ，ＣＨＡＯ Ｙａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ （Ｓｈｉｑｕ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，ＳＭＥＰＣ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８０，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｂｕｓ ｌｉｎｅｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｃａｔａｌｏｇｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ． Ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ（ＳＶＣ＋＋ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｄｅｖｉｃｅ）ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｖａｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ（ＳＶＧ）ａｎｄ ｓｈｕｎｔ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｂａｎｋｓ（ＦＣ）ｅｑｕｉｐｐｅｄ ａｔ １０ ｋＶ ｓｉｄｅ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍｅｎｚｉ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａ— ｔｉｏｎ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ（ＡＰＦ）ｅｑｕｉｐｐｅｄ ａｔ ３８０ Ｖ ＡＣ ｏｆ ｓｔａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｔ ｌａｓｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ ａｎｄ ＩＥＣ ６１６８０ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃ ｖａｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ；ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ 随着智能电网技术和电气设备的不断发展和 应用，智能变电站成为变电站建设和发展的主流 趋势 ］。１１０ ｋＶ上海蒙自智能变电站（下称蒙自 站）是首座服务上海世博会的智能变电站，是国内 首座节能型、智能化、无油化的集成新型高科技示 压稳定。ＳＶＣ＋＋成套装置由静止无功发生器 （ＳＶＧ，容量为一３ ０００～＋３ ０００ ｋｖａｒ）与固定并 联电容器组（ＦＣ，容量为３ ０００ ｋｖａｒ）两部分组成， 由ＳＶＧ实现动态无功补偿功能，配合固定并联电 容器组，进行０～６ ０００ ｋｖａｒ动态无功补偿。ＳＶＣ 范变电站。为改善蒙自站主变压器１０ ｋＶ侧电 能质量及无功优化管理，采用动态无功补偿取代 传统的电容器补偿，并引入有源电力滤波装置对 ３８０ Ｖ站用电谐波进行有效管理，这对智能电网 建设具有参考价值。 ＋＋成套装置的系统结构原理图如图１所示。 母线桥架 进线框 电抗器柜 １ 动态无功补偿与谐波治理装置配置 ｌ１Ｏ ｋＶ蒙自站内主变压器为３×４０ ＭＶ・Ａ， 电抗器柜 启动柜 每台主变压器配置容量为６ ０００ ｋｖａｒ的无功补偿 装置，并以１０ ｋＶ系统母线为补偿目标进行动态 无功补偿。 根据上述无功补偿总容量需求和动态补偿要 求，工程中采用动态无功补偿与谐波治理装置 ＦＣ（３ ０００ ｋｖａｔ） ＳＶＧ（３ ０００ ｋｖａＯ （双星型中性点不平衡电流保护） 电容器柜 功率柜 （ＳＶＣ十＋成套装置）实现无功功率快速补偿和电 图１ ＳＶＣ＋＋成套装置系统结构原理图 徐剑，等：动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用 １９ ＳＶＣ＋＋成套装置中的ＳＶＧ是目前最先进 的动态无功补偿技术，是用于柔性交流输电系统 ２有源电力滤波装置配置 有源电力滤波装置中的有源电力滤波器 （ＡＰＦ）是一种基于电流检测和电流注入技术的 （ＦＡＣＴＳ）的重要装置，是继电容器补偿、磁控电 抗器ＭＣＲ型ＳＶＣ、晶闸管控电抗器ＴＣＲ型 ＳＶＣ之后的第三代动态无功补偿技术。ＳＶＣ以 三相大功率电压逆变器为核心，将自换相桥式电 路通过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电 大功率电力电子装置。其工作原理是通过实时 检测负载电流波形，滤除其中的基波（５０／６０ Ｈｚ）成分，再将剩余部分电流的波形反向，通过 控制绝缘栅型双极晶体管（ＩＧＢＴ）的触发，将反 路交流侧输出电压的幅值和相位或者直接控制其 交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要 向电流注入供电系统中，实现滤除（抵消）谐波、 求的无功电流，实现动态无功补偿的目的 ］。 动态补偿系统无功与电压波动、抑制谐振和提 ＳＶＧ的主电路采用链式逆变器拓扑结构，Ｙ 高功率因数等功能，达到提高供电系统安全性、 形连接，１０ ｋＶ装置每相由１２个功率单元串联组 节能降耗的目的。 成，运行方式为Ｎ＋ｌ模式。在接人系统受到扰 ｌ１０ ｋＶ蒙自站工程结合上海世博会国家电 动时，链式电路可以分相进行控制以便更好地提 网馆建造。变电站交流３８０ Ｖ站用电系统除向变 供电压支撑作用，采用链式结构的ＳＶＧ还可以降 电站自身供电外，还需向国家电网馆的用电负荷 低功率器件的开关频率，大大降低开关损耗。 供电。国家电网馆的照明电器、不间断电源 ＳＶＧ采用绝缘栅型双极晶体管（ＩＧＢＴ）高频开关 （ＵＰＳ）、计算机、电梯、空调等非线性负载产生的 器件，可以滤除１３次以下的谐波。 大量谐波电流将注入站用电系统，使交流３８０ Ｖ 蒙自站１Ｏ ｋＶ ＳＶＣ＋＋成套装置全部采用 站用电系统电压产生畸变。将导致使用站用电交 柜式结构，ＳＶＧ由连接电抗器柜（１面）、启动柜 流电压的设备（如断路器储能马达、空调及风机马 （１面）、功率柜（３面）和控制柜（１面）构成；ＦＣ由 达等）承受带有畸变的电压，进而缩短使用寿命， 进线柜（１面）、串联电抗器柜（１面）和电容器柜（３ 并大大增加故障的可能性。而直流系统进线交流 面）构成。ＳＶＧ和并联电容器组分别经过隔离开 电压的不稳定，将直接影响整流装置的工况，对变 关后挂在一台断路器下，正常运行情况下不对电 电站直流系统电压稳定造成隐患。 容器组进行投切操作，可实现无功补偿容量在０ 因此，蒙自站工程在交流３８０ Ｖ站用电系统 ～６ ０００ ｋｖａｒ的范围内连续可调 这种配置方式 中配置了有源电力滤波装置，其额定补偿电流为 可避免传统分组投切并联电容器断路器需频繁开 １２Ｏ Ａ。该装置按照３８０ Ｖ站用电交流母线配 断操作的弊端，总断路器仅在保护、遥控时才进行 置，将逆变桥通过电抗器或者变压器并联在电网 分、合闸，能够延长电容器和断路器的使用寿命。 上，通过电流互感器检测负荷电流中的谐波分量、 蒙自站内每段１０ ｋＶ母线均配备了ＳＶＣ＋ 无功分量和不对称分量，控制逆变桥交流侧所输 ＋成套装置，其组成部分及功能见表１。 出的电流，使逆变电路迅速吸收或者发出所需要 表１ ＳＶＣ＋＋成套装置的组成及功能 的补偿电流，实现对电能质量进行治理的目的。 组成部分 功能 蒙自站有源电力滤波装置配置见图２。 启动柜 连接ＳＶＧ与１０ ｋＶ母线进行ＳＶＧ启 动充电控制 一次 连接电抗器 连接ＳＶＧ输出与３５ ｋＶ系统 系统 功率柜 ＳＶＧ的功率单元，每相１２个，构成 ＳＶＧ的逆变主电路 二次 ＱＣ０Ｎ控制器 ＳＶＧ控制、运行状态监测和异常保护 系统 传（互）感器 使强弱系统信号隔离 二次控制电源 控制系统电源 辅助 风冷系统 冷却ＳＶＧ功率模块 部分 光纤连接系统 连接ＳＶＧ控制柜和功率柜的信号 图２蒙自站有源电力滤波装置配置图 ２０ 徐剑，等：动态无功补偿及有源滤波装置在智能变电站的应用 ３应用效果分析 １）蒙自站中采用每台主变压器配置ＳＶＣ＋ ＋成套装置，以实现容量０～６ ０００ ｋｖａｒ容性无功 连续的动态补偿，并以其响应速度快，补偿容量连 续可调，总体补偿特性优良等特点，能有效优化无 功潮流分布，提高无功管理水平，减少受端无功功 率损耗，提高功率因数，降低网络损耗，改善城市 电网功率传输和电压质量，并提高供电设备利用 率，提高无功补偿设备运行水平。 ２）在蒙自站安装的ＳＶＣ＋＋成套装置中的 ＳＶＧ，可为地区电网提供部分无功电压支撑，稳 定电网电压，抑制冲击负荷造成的电压波动，提高 电网在事故状态下的稳定性，在电网电压较低时 ＳＶＧ仍可向电网注入较大的无功电流，有利于电 网的安全稳定运行。 ３）投人ＳＶＧ后，可提高系统的电能质量并提 高功率因数降低电网的损耗。ＳＶＧ以１０ ｋＶ母线 电压作为控制目标，自动连续调节ＳＶＧ的输出容 量，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况 动态调节无功输出，实现高功率因数运行。ＳＶＧ 本身具有１５ 过载能力，其动态响应时间可实现 不大于１０ ｍｓ。经计算，当主变压器低压侧负荷功 率因数为０．９０时（主变压器负载率为６７ ），经 ＳＶＧ补偿后１１０ ｋＶ侧功率因数约为０．９５。 ４）ＳＶＧ自身具有滤除１３次以下谐波的功 能，不仅使装置本身从根本上避免了谐振问题，提 高了运行安全性，而且可以净化电网，保证电网设 备的安全运行，降低因谐波丽产生的网损。 ５）ＡＰＦ使用后除了增强谐波抑制效果，提 高电能质量，满足高端需求的用户外，还可避免电 压波形出现尖峰引起的电缆回路绝缘介质的局部 放电，并有效限制了架空线路设备电晕电压水平， 有效保护了供电侧装置，提高了供电设备的使用 寿命。 ６）从其节能方面看。ＳＶＧ与ＡＰＦ的效用 类同。 ４ ＳＶＧ与ＡＰＦ与ＩＥＣ ６１８５０标准的接入 转换方式 ＳＶＧ和ＡＰＦ本身具备ＲＳ一４８５或ＲＳ一２３２等 串行现场总线的通信方式，但由于技术条件的限 制一般不支持ＩＥＣ ６１８５０的以太网通信方式。对 于这类设备，蒙自站配置了智能接口单元设备（见 图３），将这些非ＩＥＣ ６１８５０的智能设备采用串口 方式接人，然后转换为ＩＥＣ ６１８５０标准接人计算 机监控系统。 厂——————————— ｛竺兰竺 ！！！ ！！！ ！ｆ］ Ｉ１ＥＣ ６１８５０ ｝１智能单元接口ＩＥＤ｛ ＩＲＳ一４８５ ｌＩ ＲＳ一４８５ Ｉ１ 图３ ＳＶＧ与ＡＰＦ‘与ＩＥＣ ６１８５０标准的援人转换方式 ５ 结语 １）通过在蒙自站主变压器１Ｏ ｋＶ侧设置 ＳＶＧ和交流３８０ Ｖ站用电系统配置ＡＰＦ，可对变 电站的无功调节、电压稳定、减少线损、提高功率 因数、减少主变压器有载分接开关动作次数、提高 主变压器运行稳定性、降低电容器动作次数，提高 电容器组使用寿命、减少人力操作次数和抑制系 统振荡等有显著效果。 ２）尽管在直观量化数据中不能有效体现使 用ＳＶＧ和ＡＰＦ后的节能效益，但在智能电站中 引入ＳＶＧ和ＡＰＦ，对于有效管理无功平衡，切实 提高电能质量，提供与未来智能电网相适应的供 电服务，具有显著示范意义。 参考文献 ［１］王璐，王步华，宋丽君，等．基于ＩＥＣ６１８５０的数字 化变电站的应用与研究［Ｊ］．电力系统保护与控制， ２００８，３６（２４）． ［２］ 庄文柳，张秀娟，刘文华．静止无功发生器ＳＶＧ原 理及１＝程应用的若干问题［Ｊ］．华东电力，２００９，Ｖｏｌ ３７，Ｎｏ．８． ［３３庄文柳，徐萍，静止无功发生器ＳＶＧ在智能变电 站中的应用＿Ｊ］．供用电，２０１０（增刊）． 收修改稿日期：２Ｏ１Ｏ年１Ｏ月 徐剑（１９７５一），工程师，长期从事供电企业科技创新及 技术管理工作 曹扬 （１９７１一），工程师，长期从事供电企业生产运行管 理工作