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SVC抑制配电系统电压跌落的研究

2023-05-26 来源:客趣旅游网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第35卷第l6期 继电器 Vb1.35 NO.16 2007年8月16日 RELAY Aug.16,2007 SVC抑制配电系统电压跌落的研究 刘东升,张尧,夏成军,钟庆 (华南理工大学,广东广州 510640) 摘要:随着各种敏感设备在工业中的广泛应用,电能质量尤其是电压跌落问题越来越引起人们关注。静止型无功补偿器SVC 具有快速平滑的调节无功输出的特点,能够很好地对电压跌落进行抑制。从理论上分析了SVC能有效地抑制电压跌落的原理, 推导了SVC补偿容量的计算方法,并且根据实际情况建立了SVC改善电压质量的电磁暂态仿真模型,针对用户端不同的电压 跌落深度,SVC的不同安装地点进行SVC补偿的仿真,对仿真结果进行对比分析 关键词:电压跌落; SVC; 配电系统 Ksearch on mitigation of voltage sags in distribution system based on SVC LIU Dong・sheng,ZHANG Yao,XIA Cheng-jun,ZHONG Qing (South China University of Technology,Guangzhou 5 10640,China) Abstract:Along with the wide application of sensitive equipment in industry,people are more and more concemed about power quality,especially voltage sags.Static Var Compensation,which has the characteristic of correcting reactive power fast and smoothly, can mitigate voltage sags wel1.This paper analyzes the reason why SVC can correct volatge sags effectively in theory,calculates the capability of SVC,and meanwhile builds up the electromagnetic transient model of compensating SVC which means to improve voltage quality based on the actual case.By simulation,it calculates the compensating capabiliyt of SVC due to different voltage sags and ifxed lOCUS,the results are compared. Key words:voltage sags;SVC;distirbution system 中图分类号:TM714 文献标识码: A 文章编号: 1003.4897(2007)16.0037.05 0引言 本文提出利用SVC来抑制配电系统电压跌落, 并通过理论分析和仿真证明了SVC在解决电压跌 现代工业中随着大量敏感设备的投入运行,电 落问题的有效性。 能质量尤其是电压的瞬间跌落问题尤其值得注意。 电压的瞬间跌落会导致敏感设备运行不正常,产品 1 SVC简介 的报废甚至机器的停机,给企业带来巨大的经济损 SVC主要是由交流调压电路构成一个晶闸管可 失。因此,如何抑制配电系统的电压跌落,尽量减 控电抗器TCR(Thyristor Controlled Reactor)。 少对敏感用户的干扰,已经成为目前必须关注的问 通过改变可控硅的触发角,调节电抗器的导通时间, 题 , 。 从而达到改变等效电抗值的作用,可以连续无极地 近年来发展起来的静止型无功补偿装置 调节输出的无功功率 ~ 。SVC基本配置有以下几种 SVC(Static Var Compensation)是一种快速调节无功 情况:TCR+固定电容器(FC),TCR+机械投切电容器 功率的装置,其具有响应速度快,能够连续的进行 (MSC),TCR+晶闸管投切电容器(TSC)等几种。SVC 无功补偿的特点,对电压的瞬间跌落能有效地进行 主要由变压器、电抗器、电容器组、硅阀构成,通 抑制 , 。 过电抗器和电容器的组合,产生可控的容性或感性 无功,其电压电流特性如图l所示。 基金项目:华南理工大学自然科学青年基金资助项目 SVC的可控部分(TCR)由可控硅阀和空心线性 (B05E5 06071 0) 电抗器组成。可控硅的触发角在9O。一18O。范围内 维普资讯 http://www.cqvip.com .38. 继电器 变化,使TCR的无功功率 从100%变化到0。TCR 触发角和导通角之间的关系如式(1)所示。 +()-/2=兀 (1) 式中: 为可控硅导通角;口为可控硅触发角。 ’| ——1 一‘ v | | | | | ‘ , | 图1 SVC特-陛 Fig.1 Characteristic of SVC TCR基波电流有效值为: ,Ll= (2) 式中:U为系统基波电压; 为电抗器电抗值。 2 SVC抑制电压跌落的基本原理 输配电系统发生短路故障、感应电动机的启动、 雷击、开关操作、变压器和电容器组的投切等事件, 都会引起电压的瞬间跌落现象,而一般线路接地短 路故障为系统电压跌落的最主要原因。 无论是系统的短路故障还是负荷端无功的变化 都会导致负荷端节点的无功功率的缺额,而无功与 电压密切相关,无功的变化必然导致电压的变化。 SVC可看作为可控的可以平滑输出无功的装置,针 对系统无功的变化迅速作出反应。公式(3)给出负 荷端电压的变化值。 Av=(△QL・Xs+APE・Rs)IV (3) 其中:A 为负荷的无功变化值;△ 为负荷的有 功变化值; 为系统电抗;尼为系统电阻; 为系 统电压;△ 为系统电压与负荷端电压的差值。 由公式(3)可知,负荷端电压的变化是由于 输电线和变压器存在阻抗。在实际系统中,胀< , 所以负荷端电压变化值为 △v 垒 : (4) 应用SVC无功输出的快速反应能力对无功实施 动态的补偿,使A =0,在很大程度上能改善电 压的跌落现象。系统的对地故障又可分为输电网故 障和配电网故障,一般来说,输电网的电抗 远远 小于配电网的电抗,由公式(4)可知,如果在配网 负荷端进行加装SVC补偿的话,输电网故障引起的 电压跌落比配电网引起跌落需要补偿的无功要大很 多,而且其效果也相当有限,治理难度大很多阳 。 3 SVC抑制电压跌落补偿容量的确定 SVC补偿的简单示意图如图2。系统采用戴维 南等效,负荷采用恒功率负荷n。 ̄ 。 】^m — I. SVC 图2 SVC示意图 Fig.2 Schemadc diagram of SVC SVC的补偿容量可由Ssvc= ・Isv c来确定, 故SVC的注入电流可由SVC的容量来确定。而SVC 的注入电流由式(5)表示。 ,svc:,L一,s:,L一 (5) th 即: = 唼 ㈤ 其中:五 为SVC的注入电流,叩为SVC注入电流的 角度;五为负荷端电流, 为负荷端电压, 为负荷 功率因数角;Kn为等效电源电压, 为电源电压角; 为系统等效阻抗,口为系统阻抗角。 由式(6)进一步推导出 ‰ 一 c厶m os( +丢c厶th os 7 QsVC=QL+ ( 卅 8 厶m 厶m 一般情况下SVC输出有功居vc=0,故由(7) 可以得出 =Of--COS-1( - 7-COSOf+ .、(9) 将式(9)得出的 代入(8)中即可得出SVC 需要补偿的无功功率的大小。而在实际估算中,可 以近似取 =l_0,考虑到系统运行方式的变化, 维普资讯 http://www.cqvip.com 刘东升,等SVC抑制配电系统电压跌落的研究 .39. 线路等效阻抗 也会相应发生变化,在估算时采用 最大运行方式下的等效电抗计算,同时忽略掉线路 (3)给用户供电的线路的负荷采用恒功率负荷 模型等值; 阻抗 的电阻部分, 可近似取90。m 。 4 SVC抑制配电系统电压跌落的仿真分析 图3给出一硬盘生产企业供电单线图,其中 有五条l0 kV的馈线对其进行供电。 图3生产企业供电单线图 Fig.3 Single—track diagram of enterprise 电压的瞬间跌落给该企业带来巨大的经济损 失。现拟加装SVC装置来抑制电压的瞬间跌落,然 而对于不同电压跌落深度和不同的安装地点,需要 SVC的容量也不同,因此其投资也将不同 。根据 实际供电单线图建立PSCAD/EMTDC仿真模型,就不 同电压跌落深度,SVC不同安装地点的容量进行仿 真分析,图4给出SVC的仿真模型,其参数与实际 电网参数一致。 图4 SVC的PSCAD仿真模型 Fig.4 PSCAD model of SVC 仿真研究主要基于以下四点假设: (1)用户端电压跌落主要考虑线路接地短路故 障引起的。 (2)以500 kV变电站220 kV电压母线为恒定 电压; (4)每个变电站的l0 kV母线上带的其余线路 所带负载用l0 kV母线上的负载等效。 首先,针对配电系统不同故障地点不同故障类 型造成的不同的电压跌落深度进行SVC的补偿仿 真,先大致估算出所需SVC容量大小再进行不断的 仿真以确定不同的电压跌落深度所需要的无功补偿 容量的大小,另外,针对SVC的不同安装地点进行 仿真比较以确定最佳的安装容量和位置“ “ 。 图5给出了线路3的相邻馈线发生短路故障后 线路3负荷端的电压波形,其电压跌落幅度为15% 左右。 图5线路3末端电压波形 Fig.5 Diagram of voltage at the end of circuitry 3 在线路3末端负荷端加装SVC装置,仿真分析 发现,SVC补偿容量选取12MVA左右才能有效改善 电压质量,有效地抑制电压跌落,图6给出加装 SVC后的线路3末端电压波形。 0’2 薯嫒 o.8 l 蓦耱 l 6 0 鏖 图6加装SVC后线路3末端电压波形 Fig.6 Diagram of voltage at the end of circuitry 3 with SVC 而如果SVC加装在变电站的l0 kV母线处,则 欲使线路3末端电压质量达到相同的改善效果,仿 真表明SVC的容量大约需要45 MVA,其所需容量 为装设在负荷端的4倍左右,相应的装设在变电站 低压母线处的投资也大很多。 图7给出了针对线路3用户端的不同电压跌落 深度,在用户侧和变电站低压母线侧不同地点安装 SVC所需的容量的大小的曲线关系。 仿真结果表明,在l0 kV系统发生故障时,无 论在用户侧还是变电站侧加装SVC装置都能够起 到提升用户线路末端电压达到抑制电压跌落的作 ms内有效 用。SVC的响应速度快,可以在20~30 维普资讯 http://www.cqvip.com ..40.. 继电器 地提升电压进而保证电压质量在用户要求的范围 内。要取得相同的电压补偿效果,安装于电网的变 电站母线SVC的容量要远远大于安装在用户端,在 相间故障情况(电压跌落约为15%~25%),安装在 变电站低压侧的容量约是安装在用户侧的3~4 倍,在电压跌落深度较大的情况下,安装在变电站 低压侧的容量将为安装在用户侧容量的5~6倍。 图7不同安装地点的SVC容量 Hg.7 Capability of SVC related to different locus 另外,对于110 kV以上输电网故障造成的用 户端电压跌落情况进行SVC补偿仿真,仿真结果发 现,输电网故障造成用户端电压跌落的幅度很大, 而且在配电网用户端加SVC装置进行补偿很难对 输电网故障造成的电压跌落现象进行有效的抑制, 这就需要在输电系统加以解决。 5结束语 本文从理论上分析了SVC能够有效抑制电压 跌落的原理,并根据实际电网数据搭建PSCAD仿真 模型进行仿真分析,得出以下结论: (1)当10 kV配电系统发生故障时,SVC能有 效地进行无功补偿进而抑制电压瞬间跌落。然而对 于输电系统发生故障而引起的用户电压跌落时, SVC所起的作用非常有限,基本上很难将跌落的电 压补偿起来,这时就需要从输电网方面进行解决。 (2)SVC对于电压跌落的响应时间很快,一般 在20 ̄30 ms以内可以将跌落的电压控制在用户可 接受的合理的范围内。 (3)伴随着用户端电压跌落程度的增加,所需 要SVC的容量随之增加,而若要取得相同的电压补 偿效果,SVC安装于电网变电站低压母线处的容量 要远远大于安装于用户侧的SVC容量,其投资也相 应大很多。 因此,利用SVC可以有效地抑制配电网的电 压瞬间跌落,而且SVC装设于用户侧的效果最好, 其设备投资也最小。 然而,本文在SVC的补偿研究中也存在一定的 不足,主要有两点:第一,SVC会出现动态元件动 作后短暂过电压情况,而在本文仿真研究中由于对 本仿真结果没有太大影响,故忽略此方面。第二, 对于SVC所产生的谐波问题由于对SVC的安装容量 和位置也不会产生大的影响,所以在确定SVC容量、 时并没有对谐波进行详细的仿真计算。在今后的工 作有待进一步研究改进,而且实际安装调试SVC的 工程中,无论是SVC的暂态过电压问题还是谐波问 题都是应该进行详细的分析考虑的问题。 参考文献 [1] 王宾,潘贞存,徐丙垠.配电系统电压跌落问题的分 析[J].电网技术,2004,28(2):56.59. WANG Bin,PAN Zhen・cun,XU Bing・yin.Analysis of Voltage Sags in Distirbution System[J].Power System Technology,2004,28(2):56・59. [2] 金燕云,罗毅,涂光瑜.配电系统电压跌落问题的研究[J]. 继电器,2003,31(10):56.62. JIN Yan—yun,LUO YI,TU Guang・yu.Study of Voltage Sags in Power Distribution System[J].Relay,2003,31(10): 56.52. [3] 任丕德,刘发友,周胜军.动态无功补偿技术的应用现 状[J].电网技术,2004,28(23):81--83. REN Pi—de,LIU Fa—you,ZHOU Sheng-jun.The Application State of Dynamic Var Compensation Technology[J].Power System Technology,2004,28(23): 81-83. [4] 刘玉雷,解大,张延迟.静止无功补偿器用于抑制厂用 电系统电压波动仿真[J].电力系统自动化,2006,30 (16):97—101. LIU Yu—lei.JIE DA.ZHANG Yan—chi.Simulation of Static Var Compnsator to Restrain the Huctuation of Electric Auxiliary system[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(16):97—101. [5] 苏建设,乔颖,陈陈.含SVC的组合电力系统动态建 模及稳定性分析方法[J].电力系统自动化,2003,27(3): 13—16. SUN Jian—she,QthO YING,CHEN CHEN.Modeling and Stability Analysis of Composite Power Systems Installed with svc[J].Automation of Electric Power Systems,2003,27(3):13—16. [6] 康忠键,陈学允.SVC与发电机励磁的非线性状态PI 协调控制[J].电网技术,2001,25(2):30.34. KANG Zhong-jina,CHEN Xu ̄yun.Nonlinear State PI Control for Static Var Compensamr(SVC)Cooperating 维普资讯 http://www.cqvip.com 刘东升,等SVC抑制配电系统电压跌落的研究 .41. with Excitation System of Generator[J].Power System ForCritical Synchronous Motor Loads During Volatges Technology,2001,25(2):30—34. Dips[J].IEEE Trnas on Power Systems,(9):1517・1523. [7] 纪飞峰,周荔丹,姚钢,等.基于同步对称分量法的静 [13]CHOI S S,STEwART J R,SINGH B,et a1.Performance 止无功补偿装置【J】.中国电机工程学报,2005,25(6): Testing of a Long Distance Radial Static VAR 24—29. Compensated Transmission System and Validation of 儿Fei—feng,ZHOU Li—dan,YAO Gang,et a1.Static Var Simulation Results【J】.IEEE Trans on Power Systems, Compensator Based on the Method of Synchronous 1998,3(4):l509—1513. Symmetrical Component[J].Proceedings of the CSEE, [14]吴杰.大型电弧炼钢炉SVC方案设计及其实际效果【J】. 2005,25(6):24・29. 电网技术,2003,27(1):76—80. [8] 艾欣,蔡国伟,穆钢,TSC型静止无功补偿器提高系统 WU Jie.Scheme Design and Its Practical Effect of SVC 阻尼特性的研究【J】_电网技术,1997,21(1):6一 for a Large Scale Arc[J].Power System Technology, l0. 2003,27(1):76—80. AI Xin,CAI Guo・wei,MU Gang.Improve Damping [15]翁利民,张广祥,曾莉.武钢硅钢SVC的研制与补偿 Characteristic by Use of TSC[J].Power System 效果的评价【J】_电力系统自动化,2000,24(19):39・43. Technology,1997,21(1):6—10. WENG Li—min,ZHANG Guang—xiang,ZENG Li. [9] 袁佳歆,陈柏超,万黎,等.利用配电网静止无功补偿 Research and Compensation Effect Analysis of SVC 器改善配电网电能质量的方法【J】.电网技术,2004,28 Device Used in Silicon Steel Production Line of Wuhan (19):81-84. Iron and Steel Company[J].Automation of Electric YUAN Jia.xin,CHEN Bai—chao,WAN Li,et a1.The Power Systems,2000,24(19):39・43. Method to Improve Power Quality of Distribution System by Distribution Static Compensator[J].Power 收稿日期:2007—01—22 作者简介: System Technology,2004,28(19):81・84. 刘东井(1 982一),男,硕士研究生,研究方向为电力 [1 0]Haque M H.Compensation of Distribution System 系统分析、运行和控制;E.mail:linux853@sohu.com Volage Sags by DVR nad D・STATCOM[M].IEEE Porto 张尧(1948一),男,教授,博士生导师,主要从事 Power Tech Conference,2001. 电力系统运行分析与控制、电压稳定性等方面的教学与科研 [11]Hammand A E.Analysis of Power System Stability Enhancement by Static Var Compensators[J].IEEE 工作; 夏成军(1 974-),男,副教授,主要研究方向为电力 Trans on Power Systems,1986,l(4):222・227. [12]Reghunathan Thottappillil.Static Var Compensations 系统稳定分析与控制、HVDC及FACTS。 (上接第36页continuedfrompage 36) 作者简介: 黄聚永(1979 ,男,硕士研究生,研究方向为智能仪 [8] 李滔.基于流水线CORDIC算法的三角函数发生器 表、信号处理、计算机测控、传感器应用;E.mail:hhjjyy2008@ 【J】.系统工程电子技术,2000,22(4):85.88. 126.com LI Tao Trigonometric Function Generator Based on Pipelined CORDIC[J].System Engineering na Electronics, 袁慧梅(1 97卜),女,副教授,硕士生导师,研究方向 2000,22(4):85・88. 为智能仪表。 收稿El期:2007—01—21: 修回日期:2007—04—02 

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