SVG型动态无功补偿装置在核电站应用

刘希志纪雄飞贾辉张衡赵永发张文杰

摘要：核电站在10kV电力线路供电使用中，为提高电能质量和供电整体效益，根据现场实践经验，提出了电力线路动态无功补偿方法，按照提高功率因数的方法来确定无功功率容量、按照无功补偿经济当量与线路间特点确定补偿点位置。安装SVG型动态无功补偿装置后达到预期效果。

关键词：核电站；无功补偿；功率因数

0引言

在电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大关系，无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中无功功率的损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电能质量得不到保证。某核电站220kV开关站为双母线运行，有两路外部电源进线，线路电量计量点分别在对侧变电站，每条线路约30公里。功率因数经常处于0.42-0.6之间。为了改善功率因数达到0.90以上，在下游10kV负荷侧加装SVG型动态无功补偿装置。

1无功补偿容量核定

某核电站外电源复红线供电方式较稳定，通过220kV开关站Ⅰ母线为变压器及其它负荷供电。因复红线轻载运行且线路计量点在复州城变电站，线路无功对功率计量产生很大影响，通过等效模型计算出红沿河侧需要补偿的无功容量为5MVar。

具体计算过程如下：

复州城至变电站主接线示意图：

等效电路图：

根据2018年复红线测定参数，复红线正序容抗为XCL1=11826Ω，所以：

复州城变电站与红沿河变电站电压相差很小，线路传输功率小，线路损耗可忽略，则：

0LGJ至10kV变电站共计8根3*185mm2电缆总长度约12kM，根据《电力工程电气设计手册》第4-3节估算电容电流为：

10kV变电站Ⅰ母线下游10个负荷间隔电缆为3*185mm2，总长度约30kM（每个负荷平均3kM），估算电容电流约：

故10kV全系统电容值

正常运行时复州城侧有功功率约为2MW，考虑把功率因数补偿至0.9，需要Q1变为：

则核电站侧需额外吸收无功功率约4.63MVar。

考虑后续电缆增加且多数负荷为轻载，保留一定的裕量可选取补偿容量为5MVar。

已知无功补偿前，核电站侧电压U2=226kV，P2=2MW，Q2=0.4Mvar，cos2=0.98；复红线长度31.03kM；单位长度电容0.0086µF，电阻0.075Ω，电抗0.4167Ω；

计算复州城侧P1、Q1、cos1:

设核电站侧相电压为参考基准，角度为0°：

得出：

复州城侧相电压为：

复州城侧相电流为：

复州城侧功率：

复州城侧功率因数cos1=cos62.73°=0.456

通过模型计算，将复州城侧功率因数0.45提高到0.98，需选取补偿容量为±5MVar。

2SVG型动态无功补偿装置

2.1SVG指静止无功发生器，是一种采用自换相变流电路的无功补偿装置。就是把自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过调节桥式电路交流测输出电压的相位和幅值，或者通过直接控制其交流侧电流，来控制电路，使电路发出或者吸收满足要求的无功电流，来实现系统的动态无功补偿。

2.2SVG型静止发生器优点：

2.2.1静态无功补偿发生器的控制非常灵活，无功范围大，在感性和容性运行下都可以进行连续快速调节，响应速度非常快。

2.2.2静态无功发生器主要采用数字控制技术，可靠性高和维护率低，磨损和噪音都很小，提高装置使用寿命。

2.2.3静态无功发生器对电容和电感容量要求低，可以使用低容量的电感和电容及减少损耗。接入电网时对电感的要求较小，可以对系统电压进行瞬时补偿，即当系统电压降低时，仍然可以维持装置输出最大无功电流，SVG产生稳定的无功电流。

2.2.4静态无功发生器对电容器容量要求比较小，在进行无功补偿时也不会产生谐振。能在用户端对消耗无功的设备进行无功功率补偿，能提高电网的整体供电质量。

2.3SVG型动态无功补偿装置组成：

SVG型动态无功补偿装置由启动柜、功率柜、控制柜和连接电抗器等部分组成，其主要配置及构成示意图如图所示。

2.3.1启动柜

启动柜由接触器和电阻并联构成。启动柜仅在SVG型动态无功补偿装置投运前投入工作，SVG型动态无功补偿装置投运后接触器闭合，启动柜被旁路。其主要作用是限制SVG型动态无功补偿装置送电时每个链节上的直流电容的充电电流，避免电流过大导致IGBT模块或直流电容损坏。

2.3.2控制系统

控制系统实时跟踪计算电网无功功率及电压、谐波情况，实现动态跟踪与补偿。控制柜由5种单元构成：CU(CalculatorUnit)运算单元；PCM(PulseCodeModem)触发单元；MU(MonitorUnit)监控单元；PU(PulseUnit)同步单元；CMS(ControlandManagementSystem)站控单元。

每套SVG型动态无功补偿装置控制柜包含1台运算单元，3台触发单元、3台监控单元、1台同步单元和1台站控单元。控制柜部份装置之间及与启动柜联络图如图所示：

站控单元将SVG型动态无功补偿装置所有运行信息进行打包封装和存储，为操作人员提供一个直观的界面。站控主要功能有：运行信息查询；控制操作；设置参数；历史信息存储及检索；提供对外数据转发接口等。

2.3.3功率柜

静止无功发生器装置采用链式结构，将多个两电平H桥电路串联起来，达到电压叠加的目的。当系统电压为10kV时，每相链接由12个两电平的逆变器模块（其中一个为冗余备用模块）组成。

对于闪变补偿而言，在无功容量足够的情况下，补偿装置输出无功的响应时间是闪变补偿效果的主要决定因素。SVG采用瞬时电流控制动态响应速度快，能快速跟踪电网电压变化情况，实现对系统实时跟踪补偿，有效抑制系统电压的波动和闪变。SVG对电压闪变的抑制可以达到5:1。

闪变补偿效果与补偿容量和响应时间曲线

有无SVG时的电压比较曲线

SVG装置不含大容量的高压电容、电感等储能元件，其损耗主要为IGBT损耗。IGBT模块的损耗源于内部IGBT和二极管（续流FWD、整流）芯片的损耗。IGBT总损耗=导通损耗+开关损耗。

导通损耗：与运行条件有关，与电流成正比，与IGBT占空成正比，随结温（Tj）升高而增加。

开关损耗：与开关频率、电流、电压成正比，随结温（Tj）升高而增加。

总体来说，SVG型动态无功补偿装置运行损耗低，成套装置的平均运行损耗不到0.8%，与其他动态无功补偿装置相比大大减少。

3结论

核电站安装TKSVG10-5000型无功补偿装置，根据负荷变化现场实际投入2.8Mvar、3.5Mvar、4Mvar感性无功，复红线考核点功率因数均为0.96-1之间。动态无功补偿装置投运后，功率因数明显提高，线损率显著降低，电量和电费得到不同程度的节约，给企业带来明显的经济效益。

参考文献：

【1】国家电网公司标准Q/GDW241.1-2008，链式静止同步补偿器第1部分功能规范导则[s]。

【2】SVG型动态无功补偿装置使用说明书。山东泰开电力电子有限公司

【3】《电力工程电气设计手册》中国电力出版社

【4】一种移动式高压动态无功补偿装置的应用《青海电力》2012年12月第4期。

作者简介：

刘希志（1971-），男，辽宁锦州人，高级工程师。