王永强 李俊洋

摘 要：电力系统中保证电能质量的有效方法就是保持无功功率的平衡，随着无功补偿装置在电力系统中的广泛应用，其控制策略的研究、优化及改进更是一个亟待解决的问题。控制策略是决定无功补偿装置补偿效果的重要因素，选择合适的控制策略可以起到快速调节电能质量的作用，结合目前业内常用补偿装置的控制方式，提炼出常规通用的控制策略并进行优化，改进后的SVG（动态无功补偿装置）控制策略能够针对电网电压瞬变做出快速响应，有效防止系统电压大幅振荡;同时解决多台不同类型的SVG装置协调控制问题，为提升SVG接入电网稳定性提供了新的解决思路。

关键词：动态无功补偿装置;控制策略;电能質量

引言

无功补偿是电能质量的重要保障手段，在电力系统中发挥着无可代替的作用。无功补偿点的确定、补偿容量计算是电力系统无功补偿方案的重要部分，合理选择无功补偿点，恰当设置无功源，可以降低电力系统电压越限问题发生的概率，提高电力系统运行稳定性。

1 工程概况

随着我矿负荷的增加，造成功率因数降低和末端电压偏低的现象，直接影响安全供电和全矿的用电考核，仅2019年因我矿电网功率因数偏低， 集团公司对我矿罚款271万余元。同时，随着我矿采掘机械化程度的提高，大功率用电设备不断增加，尤其是大型负载启动时会造成电压的波动及闪变，损坏电气设备，严重影响了我矿的安全生产和供电安全。2020年以来，机电系统进行立项，对谐波电压/电流、频率、电压偏差、功率因数等进行核算，通过多次论证后，决定安装SVG无功动态补偿装置，该装置投入运行后，可达到降损节能、安全供电的目的，每年对我矿带来200 万的直接经济效益。

2 研究内容

通过对6kV母线段电能质量测试，母线段最大无功约为5.6Mvar左右。参考无功功率变化，考虑运行方式、负荷调整以及谐波影响，并考虑一定的裕量，无功功率容量按8Mvar选择，并对谐波电压/电流、频率、电压偏差、功率因数等进行核算，通过多次论证后，决定安装SVG无功动态补偿装置。四矿变电站SVG动态无功补偿装置改造，主要在四矿变电站6KV母线单双号段各增加一台SVG（高压动态无功补偿装置），SVG动态无功补偿将补偿对象为高压母线下所有用电设备所产生的无功。SVG高压动态无功补偿装置其工作原理是以可关断电力电子器件（IGBT）为核心组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，实时跟踪电网负荷变化，适当地调节输出电压的幅值和相位，直接控制其交流侧电流，迅速吸收或者发出电网所需的无功功率，实现快速动态调节无功功率的目的。作为有源形补偿装置，不仅可以跟踪冲击型负载的冲击电流，而且可以对谐波电流也进行跟踪补偿。

3 动态无功补偿装置主要组成

系统主电路应采用链式结构;星型或三角连接，每相由若干个换流链模块组成，并采用冗余设计，满足运行要求;装置大功率电力电子元器件具有完善的保护功能。

3.1 控制柜

控制系统由主控机箱、PLC（可编程逻辑控制器）和人机界面等几个主要部分组成。各部分实现以下功能。主控机箱全数字化控制器，用DSP+FPGA组成的控制核心，充分发挥DSP超强的计算能力和FPGA出色的数据处理能力，实时计算电网所需的无功功率，动态跟踪与补偿，实现准确计算，高速响应，精确补偿的效果。

PLC实现整机的逻辑控制，实时与主控部分、触摸屏通信，把装置的运行状态实时地传给触摸屏显示，并且完成触摸屏、柜门按钮对装置的控制。人机界面实时显示系统运行状态和数据，查询与设定系统运行参数以及整机逻辑控制等功能[1]。

3.2 功率柜

主要由功率单元组成，构成无功补偿的主体。功率单元分三相安装， 每相单元个数相等，单元输出波形叠加成整机输出波形。采用先进的全控型器件IGBT，开关频率不低于500 Hz。装置主回路元件，有足够的电压、电流裕度，有良好的dv/dt，di/dt特性。换流元件IGBT芯片应选用德国英飞凌产品，耐压1 700 V。

3.3 电抗器柜

通过电抗器接入电网，电流波形正弦度更好。电抗器平波的同时，也抑制了SVG的谐波，使其输出的电流谐波符合国家标准。

4 动态无功补偿装置的应用

通过安装2台6 KV/6 Mvar的SVG无功补偿设备，以稳定6 KV母线电压为控制目标运行，使6KV电压控制在±10%波动范围内，功率因数在0.9以上，同时停运6 KV侧的SVC（TCR），转为备用。当降压变压器35KV侧的功率因数低于0.85时，需将6KVⅡ段SVG转为以35KV侧的功率因数为控制目标运行，以提高35KV并网侧的功率因数。为保证矿井供电系统2段6 KV侧电压稳定，将以2段6KV电压稳定为主的补偿方式运行，兼顾35KV上网无功功率因数。当检测到35 KV供电系统功率因数为调节低于设定值0.85时， 6KVⅡ段无功补偿SVG设备转换为以35KV电网侧功率因数为控制目标;同时监控主变压器6KV侧的母线电压，将其控制在矿井设备运行所允许的波动范围±10%以内。当主变压器6KV侧的母线电压超出设定值范围时，再将无功补偿SVG设备切换到以稳定电压控制方式补偿运行，补偿这段6KV电压稳压到标准值[2]。

5 SVG控制策略

5.1 电压无功综合控制

电压无功综合控制策略是母线电压在遭受负荷的扰动后仍然可以维持电压稳定的需求。电压无功控制模式下的控制策略，其中U T为负荷点附近的等效母线PCC电压，I q为无功电流参考指令，U ref为被控母线的参考电压。

在电压控制模式下，将被控母线的PCC电压作为控制的唯一目标，当SVG装置接入点的母线电压位于电压合格区间范围内时，保持无功出力不变，控制均以三相母线线电压均值进行实时反馈调节。电压不合格是指电压合格区间以外区域，无功补偿设备输出相应感性或容性无功控制电压， 电压低于下限时输出容性无功，电压高于上限时输出感性无功。实际运行时，选择恒电压模式，不能使系统无功目标控制，即无论电压处于何区域（滞环内除外），均仅控目标点电压[3]。

5.2 恒功率因数控制

该方式用于将系统的功率因数控制在一定范围的场合，装置以系统的功率因数稳定在用户设定值为目标，调节装置的无功输出。根据生成的装置无功指令，除以当前电压得到电流指令，属于自动控制模式。通过引入PI 控制器，无功功率换算出的无功实际值和指令值的偏差经PI调节后，转换为参考无功电流Iq，实现恒定无功功率的控制[4]。

6 结束语

电力系统无功补偿技术的应用，可以有效弥补电力资源过度损耗缺口。为避免电力设备无功损耗过量导致的电力系统运行瘫痪问题，可以通过确定局部电压稳定L指标，对可识别电力系统电压稳定弱节点的负荷节点电压稳定裕度进行定义，将其作为无功补偿点。在此基础上，利用整数二次规划模型，确定无功补偿点的补偿量，提升电网运行安全、稳定性， 经济性。

参考文献：

[1] 张存文.静止无功补偿器在煤矿企业中的应用研究[J].电力电子技术，2013， 47（10）：55-56，59.

[2] 冯文轶.FC+SVG动态补偿滤波装置在煤矿供电中的应用[J].煤矿机械，2019， 35（6）：173-175.

[3] 罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京：中国电力出版社， 2019，12-15.

[4] 许鹏.一种基于电压稳定性的SVG控制方法的研究[D].石家庄：河北工业大学，2019.

1351501705397