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1 前言

隨著(zhù)國家支農惠農政策的相繼出臺，農村經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，農民生活逐年改善。在用電方面，隨著(zhù)全面實(shí)現城鄉同網(wǎng)同價(jià)，機械化生產(chǎn)、電氣化生活在農村逐步推廣，電視機、電冰箱、洗衣機、電磁爐、電飯煲、空調等家用電器得到迅速普及，農村的用電量日益增大，以每年約10%～15%的速度持續遞增。這些電器設備的增加對電能質(zhì)量造成了巨大的污染。主要體現在諧波嚴重超標，造成變壓器、電機、電容器組和線(xiàn)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機械產(chǎn)生附加轉矩，降低工作效率，增加能耗；由于沖擊無(wú)功的作用，對電壓造成嚴重的波動(dòng)和閃變，降低生產(chǎn)效率，單位能耗增加，同時(shí)造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。對這些大沖擊非線(xiàn)性負荷或不對稱(chēng)負荷應進(jìn)行就地無(wú)功補償和用電污染治理，即對該類(lèi)污染從源頭進(jìn)行治理，以達到電能質(zhì)量治理、節能降耗、增加產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

因此，采用無(wú)功發(fā)生器技術(shù)是解決這些問(wèn)題的較有效措施之一，一方面可以抑制電壓波動(dòng)，改善電能質(zhì)量，另一方面對系統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(dòng)態(tài)無(wú)功備用水平，提高受電能力。

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

風(fēng)光STATCOM（以下簡(jiǎn)稱(chēng)FGSVG）是新風(fēng)光電子科技股份有限公司自主研發(fā)的高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置，采用現代電力電子、自動(dòng)化、微電子及網(wǎng)絡(luò )通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)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、電網(wǎng)電壓或者兩者分時(shí)間段作為控制目標，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來(lái)調節無(wú)功輸出，實(shí)現電網(wǎng)的高質(zhì)量運行。FGSVG擁有自主知識產(chǎn)權和多項發(fā)明專(zhuān)利，以其較低的諧波，較高的效率，快速的動(dòng)態(tài)響應，成為輸電系統中的重要設備。

FGSVG與同步調相機、SVC裝置比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用數字控制技術(shù)，系統可靠性高，基本不需要維護，可以節省大量的維護費用；
（2）在提高系統的暫態(tài)穩定性、阻尼系統震蕩等方面的性能大大優(yōu)于傳統的同步調相機；
（3）控制靈活、調節速度更快、調節速度廣，在感性和容性運行工況下均可連續快速調節，響應速度可達毫秒級；
（4）靜止運行、安全穩定，沒(méi)有調相機那樣的大型轉動(dòng)設備，無(wú)磨損，無(wú)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，可以省去常規裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機構，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(lái)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(lài)于電壓，表現為恒流源特性，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(xiàn)性關(guān)系。因此系統電壓變低時(shí)，同容量FGSVG可以比SVC提供更大的補償容量，FGSVG若配合同容量固定電容器可構成0～2倍容量的動(dòng)態(tài)容性無(wú)功補償器，性?xún)r(jià)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(shí)間在10 ms以?xún)龋鳶VC響應時(shí)間一般在大于40 ms。FGSVG從額定容性無(wú)功功率變?yōu)轭~定感性無(wú)功功率（或相反）可在1 ms之內完成，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(lái)消除次數較低的諧波，并使如7、11等較高次數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 系統的濾波器設計帶來(lái)許多困難；
（10）在故障條件下，FGSVG比SVC具有更好的控制穩定性。SVC使用了大量電容器電抗器，當外部系統容量與補償裝置的容量可比時(shí)，SVC會(huì )產(chǎn)生不穩定性。FGSVG對外部系統運行條件和結構變化不敏感；
（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(wú)功功率平滑變化，因此安裝尺寸大大減小；
（12）FGSVG能夠在一定范圍內提供有功功率，減少有功功率沖擊。SVC只能提供無(wú)功功率，不具備提供有功功率的功能。
3 FGSVG產(chǎn)品系統介紹
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(guò)變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償的目的。

3.2 FGSVG產(chǎn)品結構

FGSVG產(chǎn)品系統主電路結構如圖2所示：

FGSVG產(chǎn)品的構成主要有三個(gè)部分組成：進(jìn)線(xiàn)柜、功率柜、控制柜。圖3為電氣原理示意圖。

進(jìn)線(xiàn)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(wú)功補償設備（FC）的接口，方便現場(chǎng)的對接。

功率柜采用模塊化設計，功率單元的結構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，全數字化控制，實(shí)時(shí)計算電網(wǎng)所需的無(wú)功功率、諧波、負序電流等實(shí)現動(dòng)態(tài)跟蹤與補償，對輔助設備實(shí)時(shí)控制，保持與上位機通訊，具有良好的可觀(guān)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構，Y型連接，10kV裝置每相12個(gè)單元串聯(lián)組成，6kV裝置每相8個(gè)單元串聯(lián)組成，運行方式為N＋１模式。
這種結構可以獨立分相控制，有利于解決相間平衡問(wèn)題，在系統受到干擾時(shí)，更好地提供電壓支撐；所有鏈節的結構完全相同，可以實(shí)現模塊化設計，便于擴展裝置容量；每相鏈節可設置一個(gè)冗余鏈節，當一個(gè)單元出現故障后仍可以滿(mǎn)負荷繼續運行，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(shí)選用同一批次的元器件，保證各元器件性能的一致性。每個(gè)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位數字信號處理器DSP、大規模可編程邏輯器件CPLD/FPGA和一體化人機界面協(xié)同運算來(lái)實(shí)現，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控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制。PLC控制器用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調，增強了系統的靈活性。控制器采用大規模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統具有極高的可靠性。

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，系統具有極高的安全性，同時(shí)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(gè)獨立于高壓系統的電源，方便調試、維修，增強了系統的可靠性。在不加高壓的情況下，設備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機調試帶來(lái)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(chǎng)鎮，現有6300kVA主變兩臺，全年供電量2000多萬(wàn)kW·h。轄區35kV劉塔線(xiàn)路一條18.6公里，10kV線(xiàn)路共六條共計312.3公里，共計量用戶(hù)27905戶(hù)，現在10kV母線(xiàn)上裝設2000kvar的SVG一臺。供電系統結構如圖5所示。

用戶(hù)現場(chǎng)在集中用電高峰時(shí)，功率因數很低，此時(shí)電網(wǎng)功率因數仍然在0.2以下，存在“欠補”現象；在用電低谷時(shí)，存在“過(guò)補”現象。波動(dòng)明顯的無(wú)功功率導致10kV電網(wǎng)母線(xiàn)電壓的波動(dòng)，對用戶(hù)用電安全造成影響，供電所原來(lái)配置2組0.6MVAR無(wú)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(guò)程中無(wú)法無(wú)級調節無(wú)功功率。
電力公司領(lǐng)導經(jīng)過(guò)多方考察，選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的FGSVG，規格型號為：±2000kvar/6kV，對電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補償及諧波治理。于2011年9月25日開(kāi)始了安裝、主電纜及控制線(xiàn)路的鋪設、繼保的整定調試、電纜的耐壓試驗及裝置本身的性能調試及檢驗。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)調期間裝置未對電網(wǎng)正常運行帶來(lái)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具有容感性連續調節功能，安裝FGSVG裝置后，不僅使電網(wǎng)功率因數由原來(lái)的0.2以下提高到0.98以上，并且解決了現有電容器補償裝置“過(guò)補”的問(wèn)題。FGSVG工作可靠，功能齊全，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，能實(shí)時(shí)記錄各種運行參數及發(fā)生的故障并對各種故障進(jìn)行自動(dòng)保護，與現有的無(wú)功補償設備相比優(yōu)越性非常明顯。
圖6為投入前功率因數曲線(xiàn)，圖7為投入后功率因數曲線(xiàn)。

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(hù)的效益分析，主要集中在以下幾個(gè)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(hù)電費支出。
FGSVG無(wú)功補償的效益非常明顯，經(jīng)測算，該用戶(hù)每年節約電費100多萬(wàn)元。用戶(hù)補償后也使電網(wǎng)降低了損耗，提高了電壓質(zhì)量。
6結束語(yǔ)

在農村電網(wǎng)采用無(wú)功補償改善供電系統的電網(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(xiàn)路中的電壓損失和電壓波動(dòng)，從而達到節約電能和提高供電質(zhì)量的目的，為用戶(hù)創(chuàng )造了可觀(guān)的經(jīng)濟效益，是一件利國利民的好事，值得在農村電網(wǎng)系統大力推廣。