摘要：基于MMC(模塊化多電平換流控制技術(shù))的電能質(zhì)量綜合治理智能系統(tǒng)裝置，其成果在鐵路配電網(wǎng)中首次應(yīng)用，綜合集成技術(shù)水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。其主要性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)同行業(yè)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)，MMC補償裝置并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當(dāng)于一個可控的無功電流源，主要技術(shù)亮點是能夠根據(jù)負(fù)載的變化，實時跟蹤檢測系統(tǒng)無功和諧波變化進行自動補償，能夠?qū)崿F(xiàn)容性無功和感性無功的自動補償。

　　對系統(tǒng)中任何波動的響應(yīng)時間小于5ms，能夠有效地濾除19次以下的諧波電流，確保系統(tǒng)安全可靠地運行，解決鐵路供電系統(tǒng)負(fù)荷波動帶來的無功波動，進而影響到系統(tǒng)電壓和功率因數(shù)的波動問題，解決了長距離的電纜敷設(shè)帶來的充電功率對系統(tǒng)的影響。

　　關(guān)鍵詞：無功補償;電能質(zhì)量;技術(shù)研究

　　0引言

　　隨著鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，長大電纜在鐵路供電系統(tǒng)中得到大量應(yīng)用，長距離的電纜敷設(shè)產(chǎn)生了大量的容性負(fù)荷，造成系統(tǒng)在低負(fù)荷情況下呈容性狀態(tài)，功率因數(shù)低，導(dǎo)致供電部門的力率罰款;同時，隨著站房照明內(nèi)大量的整流器、直流屏、LED照明燈和變頻扶梯等設(shè)備的接入，系統(tǒng)中的諧波成分復(fù)雜化，對系統(tǒng)安全性也帶來很大的隱患，特別是對信號和數(shù)據(jù)傳輸帶來安全隱患。

　　另外，傳統(tǒng)補償方式接入系統(tǒng)后會改變系統(tǒng)特征阻抗，可能在系統(tǒng)負(fù)載變換，參數(shù)變換時引起諧振現(xiàn)象，在保護和監(jiān)控措施不到位的情況下會帶來致命故障。因此，研制開發(fā)基于DSP(數(shù)字信號處理器)和IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的智能化無功和諧波治理裝置，不僅能夠?qū)崟r根據(jù)系統(tǒng)的無功需求和諧波情況進行補償和治理，同時又能夠與原有的后臺和監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制，實時將運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)上傳，縮短通訊中斷故障時間。既能節(jié)約人力、物力成本，又能提高設(shè)備巡檢質(zhì)量，提高供電可靠性。

　　1高鐵供電SVG無功補償系統(tǒng)的構(gòu)成

　　1)IGBT逆變器設(shè)備對直流電壓進行逆變轉(zhuǎn)換為交流電壓，通過控制逆變后交流電壓的頻率、幅度以及相位，進行無功調(diào)節(jié)和濾波。2)直流電容器提供直流電壓(相當(dāng)于調(diào)相機的激勵裝置)，同時可以實現(xiàn)平波功能。3)控制和保護監(jiān)控集成系統(tǒng)可以對系統(tǒng)的電壓和無功功率變化進行快速檢測，并計算設(shè)備所需提供的無功容量，進而產(chǎn)生和分配觸發(fā)脈沖，對于整個設(shè)備實現(xiàn)分級分類保護。

　　4)監(jiān)控單元可監(jiān)控設(shè)備的系統(tǒng)狀態(tài)和設(shè)備運行狀態(tài)，也可實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能。5)實現(xiàn)電氣隔離可通過連接電抗器實現(xiàn)，可提高系統(tǒng)安全性，抑制逆變器連接到電網(wǎng)，防止電流突然變化，實現(xiàn)電流平波[1]。

　　2SVG無功補償系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

　　2.1本成果的主要技術(shù)指標(biāo)

　　1)額定工作電壓：400V，690V，6kV，10kV，27.5kV，35kV。2)額定容量：±1Mvar～±100Mvar。輸出無功范圍：感性額定無功到容性額定無功范圍內(nèi)連續(xù)變化。3)響應(yīng)時間：≤5ms。4)過載能力：1.2倍過載1min。5)輸出電壓總諧波畸變率(并網(wǎng)前)：≤5%。6)輸出電流總諧波畸變率THD：≤3%。

　　7)系統(tǒng)電壓不平衡保護，整定范圍：4%～10%。8)效率：額定運行工況≥99.2%。

　　2.2與國內(nèi)外同類技術(shù)比較，本成果的主要技術(shù)參數(shù)更為優(yōu)異，主要體現(xiàn)在：

　　1)快速性好，動態(tài)響應(yīng)時間≤5ms。2)無功補償容量很大時，輸出電流諧波(THD)≤3%。3)有多種運行模式：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、負(fù)載補償模式，可滿足多種系統(tǒng)的需求，同時對于目標(biāo)值可以進行實時更改。4)對輸出負(fù)荷進行實時跟蹤檢測，從而能夠?qū)ο到y(tǒng)無功功率進行動態(tài)補償，既能增加系統(tǒng)功率因數(shù)也對諧波濾波，改善了整個電網(wǎng)的供電質(zhì)量[2]。

　　5)能夠提高電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，減少母線電壓閃變情況。6)系統(tǒng)主電路是利用由IGBT構(gòu)成的H橋鏈?zhǔn)酱��?lián)形式，每相是多個相同功率單元組成，波形是PWM(脈沖寬度調(diào)制)脈沖疊加產(chǎn)生的階梯波，濾波后波形接近正弦波。7)系統(tǒng)基于冗余性設(shè)計和模塊化設(shè)計，運行靈活方便，且可靠性高。

　　8)系統(tǒng)的功率電路采用模塊化設(shè)計的思想，可拓展性和可維護性高。9)具有功能完善的保護系統(tǒng)，例如欠電壓、過電壓、單元模塊過熱、過電流、電壓不均等保護，故障錄波功能更能便于故障點的確定，減少了維護時間，提高了系統(tǒng)的運行可靠性。10)具有良好的人機界面，數(shù)據(jù)通訊方面有串口RS485標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)接口協(xié)議，Modbus(串行通信協(xié)議)。界面能夠?qū)��?shù)字量和模擬量進行實時顯示，同時還具有對運行歷史事件記錄和查詢、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控等功能，一鍵開關(guān)機、分時控制、送電系統(tǒng)自檢、示波器(AD通道強制錄波)、記錄故障電壓波形等額外功能也是一應(yīng)俱全。

　　11)避免了合閘涌流、電弧重燃的問題，在投切前不需要進行放電，操作簡便。12)與電網(wǎng)連接十分方便，系統(tǒng)的相序問題不會對設(shè)備產(chǎn)生影響。13)裝置采用并聯(lián)安裝，外部拓展性好，光纖通訊保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性從而能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)無功補償。在目前國內(nèi)檢索范圍內(nèi)，同時具有上述特點的供電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理技術(shù)，未見文獻報道。

　　通過以上對比，可見本成果無功輸出容量可根據(jù)運營需求配置，響應(yīng)時間優(yōu)于其它設(shè)備廠家，并且在同等容量輸出條件下，損耗也較低，大大節(jié)約了運行成本。在設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計上更為緊湊，同等容量下占地面積更小，能夠適應(yīng)現(xiàn)場的環(huán)境空間要求，節(jié)約了土建成本。

　　3高鐵供電SVG無功補償工作原理

　　IFTANGLE(靜止無功發(fā)生器)——是當(dāng)今無功補償領(lǐng)域最新技術(shù)的代表，屬于靈活柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)的重要組成部分。IFTANGLE(G)并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當(dāng)于一個可控的無功電流源，其無功電流可以快速地跟隨負(fù)荷無功電流的變化而變化，自動補償電網(wǎng)系統(tǒng)所需無功功率，對電網(wǎng)無功功率實現(xiàn)動態(tài)無功補償。

　　4關(guān)鍵技術(shù)

　　1)基于MMC的供電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理裝置使用高頻的電力電子開關(guān)實現(xiàn)無功功率的補償，裝置同時采用模塊均壓控制技術(shù)和反饋加前饋的控制策略，保證控制方面安全可靠。2)通過PWM脈寬調(diào)制技術(shù)改變輸出電壓的大小與相位，來提供系統(tǒng)所需的無功。

　　3)系統(tǒng)適用范圍廣，400V～35kV電壓等級，在同行業(yè)首先實現(xiàn)了柜式功率單元的設(shè)計，即殼體不帶有高電壓。此設(shè)計更有利于設(shè)備的安裝與運行，方便檢修與維護，保證了人身安全。4)根據(jù)負(fù)載的變化，實時跟蹤檢測系統(tǒng)無功和諧波變化，實現(xiàn)容性無功和感性無功的自動補償，對系統(tǒng)中任何擾動的響應(yīng)時間小于5ms。

　　5)具有一定的濾波功能，能夠有效地濾除19次以下的諧波電流。6)是基于以太網(wǎng)的智能設(shè)備，可以通過公共以太網(wǎng)或是專用光纜進行組網(wǎng)，利用近場紅外感應(yīng)技術(shù)、wifi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得設(shè)備終端實時獲取裝置的信息并加以控制，實現(xiàn)自動化控制與監(jiān)測;也能夠上傳接入既有的后臺控制和監(jiān)測，真正實現(xiàn)信息化、自動化和智能化的控制。

　　7)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的MMC補償裝置減小了設(shè)備占地面積，降低了設(shè)備成本，同時由于不需要連接多重化逆變變壓器，所以完全可以避免變壓器勵磁電路帶來的由剩磁和飽和非線性產(chǎn)生的過電壓和過電流問題。當(dāng)前，分相控制鏈?zhǔn)诫娐房梢詫崿F(xiàn)更可靠的電壓支持，能有效地降低系統(tǒng)受到擾動時帶來的影響。8)補償裝置是獨立的部件，不影響其他的設(shè)備運行，也不會受到其他設(shè)備的影響，對系統(tǒng)參數(shù)十分不敏感，沒有諧振的風(fēng)險，與既有的無功補償設(shè)備可以組網(wǎng)運行，具有自動旁路功能。

　　5實際應(yīng)用案例

　　鐵路泰州變電所于2016年投入基于MMC動態(tài)無功補償，目前使用良好，利用數(shù)字信號處理器作為主要控制核心，采用基于瞬時無功理論的控制策略，實時采集模擬量，通過高速計算和分析能力，將無功成分和諧波成分分離出來，然后通過控制基于大容量IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的電力電子變流器，實現(xiàn)對系統(tǒng)無功的補償與諧波治理。

　　變流器采用級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，通過基于標(biāo)準(zhǔn)載波移相技術(shù)的SPWM(正弦波脈寬調(diào)制技術(shù))進行調(diào)制發(fā)波，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)整體響應(yīng)速度的快速性和波形的高質(zhì)量可控性，其對系統(tǒng)擾動的響應(yīng)時間小于5ms，擾動發(fā)生的初期，快速的無功響應(yīng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)發(fā)生風(fēng)險控制在可控范圍。以該成果掛網(wǎng)運營的泰州變電所數(shù)據(jù)為例：

　　1)成果掛網(wǎng)前，泰州變電所罰款情況泰州變電所2015年10月份開始，由于力率不達(dá)標(biāo)被供電局罰款，從2015年10月份至2016年9月份，泰州變電所12個月共計罰款33650元;2016年10月份泰州-揚州貫通線轉(zhuǎn)揚州所主供，期間泰州所罰款4800元，揚州所罰款27600元。累計罰款66050元，共計13個月，平均每月罰款5080元。

　　2)成果掛網(wǎng)后，泰州變電所返獎情況2016年12月份至2017年12月份，本成果在泰州變電所投入運用，受供電局獎勵56846元，共計13個月，平均每月返獎4373元。3)節(jié)約成本情況若泰州變電所從2016年12月到2018年12月沒投入動態(tài)補償，25個月共計罰款約為127000元，而投入動態(tài)補償后返獎金額約109325元。所以累計共節(jié)約成本：127000+109325=236325元。可見該成果應(yīng)用成效非常顯著，若廣泛采用，則經(jīng)濟效益巨大。

　　4)主要表現(xiàn)在：①進行無功補償后，便可提高用電承載率，變壓器可滿負(fù)荷運行。例如一臺315kVA、功率因素cosφ=0.6的變壓器只能提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)189kW的有功功率;將功率因數(shù)由0.6提高到0.98，相當(dāng)于擴大了63%，既有功由189kW提高到309kW，基本滿足300kW左右的容量需要，可節(jié)省約34萬元的擴容成本。

　�、诟纳齐娔苜|(zhì)量，延長電器壽命，提高設(shè)備質(zhì)量。③本成果的技術(shù)是靈活柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)技術(shù)和定制電力(CP)技術(shù)的關(guān)鍵一步，在電網(wǎng)和電力用戶處方面都得到廣泛應(yīng)用，可以提高電能質(zhì)量，節(jié)約能源，同時更能穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。④裝置能夠接入400V～35kV電壓等級母線，解決了傳統(tǒng)無功補償裝置的缺點，可以提供快速又連續(xù)的動態(tài)無功補償和對諧波進行濾波。

　　能夠穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的突然波動，并抑制母線電壓的突然變化，有效地增加負(fù)載功率因數(shù)。⑤該裝置實用價值高，如能推廣到各鐵路局的每個變電所和城市軌道交通運營單位的每個變電所，則具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

　　5.1經(jīng)濟效益

　　1)提高用電效率IFTANGLE(G)系列高壓動態(tài)無功補償裝置提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，使功率因數(shù)始終保持較高值。2)節(jié)約電費成本IFTANGLE(G)系列高壓動態(tài)無功補償裝置可以減少電網(wǎng)的視在功率而不降低電網(wǎng)有功功率，有效地提高了電網(wǎng)效率，減少了無功電流在線路上的損耗。簡而言之：無功補償可以減少無功功率，提高供電質(zhì)量，減少供電損失，供電企業(yè)鼓勵這種做法就會采取措施給予獎勵.相反就會增加供電損耗，給予懲罰。因此，節(jié)約的用電成本十分可觀。

　　5.2社會效益

　　1)實現(xiàn)系統(tǒng)所需無功的動態(tài)補償，可以隨時隨地補償電網(wǎng)電壓的波動，功率因數(shù)低等問題。2)提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)運行安全。

　　6結(jié)論

　　本文成果是運用電力電子大功率開關(guān)器技術(shù)而研制的“有源無功動態(tài)補償裝置”，其特點有投切速度快，可過零觸發(fā)，不會對電網(wǎng)造成過沖擊等優(yōu)點被市場認(rèn)可;同時，在響應(yīng)速度、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、降低系統(tǒng)損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限，降低諧波和減小占地面積具有更優(yōu)越的性能，是未來無功補償?shù)陌l(fā)展方向，是未來無功補償行業(yè)更新?lián)Q代的產(chǎn)品。

　　近年來新能源產(chǎn)業(yè)的超速發(fā)展，而有源補償裝置因可以容性補償也可感性補償，可以防止光伏發(fā)電系統(tǒng)夜晚產(chǎn)生的孤島效應(yīng)，有源補償裝置在光伏發(fā)電行業(yè)近幾年得到了迅速的發(fā)展，將新技術(shù)、新材料用于有源無功動態(tài)補償裝置以改善其性能的研究一直沒有中斷過，并且已經(jīng)取得較大突破。隨著鐵路行車設(shè)備的不斷升級換代，時序與信號的控制越來越嚴(yán)格，對牽引變電所、電力變配電所的供電質(zhì)量提出了空前的要求，為保證優(yōu)質(zhì)的供電質(zhì)量，采用高性能的無功與諧波治理裝置前景非常好，市場潛力巨大。

　　參考文獻：

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　　李文修,王光利.配電系統(tǒng)動態(tài)無功補償技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(07):205.

　　配電方向論文范文閱讀：發(fā)電廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計研究

　　【摘要】21世紀(jì)以來，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各大小企業(yè)、工廠乃至普通居民對于電力的需求都逐漸增加，因此，發(fā)電廠最大限度的有效運行，內(nèi)部系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定，發(fā)電廠良好的供配電系統(tǒng)設(shè)計一直作為發(fā)電廠的重要建設(shè)部分，對其就顯的尤為重要。所以，發(fā)電廠設(shè)計工作人員在進行供配電系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需充分考慮發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)、特點及使用特性，結(jié)合自身發(fā)電廠的實際情況，盡可能的選擇合理的設(shè)計方案。