FA58动态混合无功补偿系统解决方案

1.概述

近年来，随着经济与科技的迅猛发展，各种精密、复杂的用电设备已在人们的日常生活及工业生产中得到迅速的普及，特别是电力电子产品的广泛应用，在给人们的生产、生活带来便利的同时，也给配电网的安全、可靠、高质量供电带来了巨大的挑战。解决了配电网问题，也就在很大程度上解决了整个电网的电能质量问题。采用先进的基于柔性交流输电（FACTS）技术的高新技术产品做支撑，可有效解决目前配电网中存在的主要问题，遏制大量分布式新能源接入带来的负面影响，实现配电网的高供电可靠性和良好的供电质量。

2.系统功能

QFC动态混合无功补偿装置是基于柔性交流输电技术，通过晶闸管联合接触器按指令投切电容器组，并由IGBT功率单元按控制指令发出无级平滑可调的从感性到容性无功电流。变流单元与电容器组单元通过统一协调系统控制，从而实现混合补偿的目的。

该装置能系统地解决配电网线路无功传输损耗，抑制电压波动和闪变，可消除无功倒送，提升配电网电力供应的输送能力，使配电系统的利用效率最大化，提高配电系统的动态品质和暂态稳定性，降低分布式能源接入对配电网的影响。装置采用模块化设计，集成度高，运行维护方便，具有响应速度快、补偿精度高、单体成本合理等特点。智能运行安全、稳定可靠，为配网需求侧提供洁净高效的电能，广泛适用于配电系统以及工矿企业等领域，对使用非线性负荷、频繁启停负荷设备的企事业单位最为受益。

同时，装置可根据需要附加配电、计量、监测等功能单元，形成计量出线混合补偿装置。该装置集配电、计量、监测、无功补偿于一体，并具“三遥”功能，实现了信息化和智能化，是智能配电建设的首选产品。

3.系统组成

图1所示为动态混合补偿装置，它结合了变流单元与电容器组单元两大补偿单元。

变流单元控制系统由内环控制器和外环控制器两部分组成，内环控制器的基本任务是产生一个同步的驱动信号，从而在变流器的输出电流和无功指令之间建立一种线性关系。外环控制器则用于提供内环控制器所需的无功功率参考值。对于变流单元控制系统的设计，内环和外环控制系统的电压、电流反馈，结合PID调节方式，最终达到控制电流输出的目的。此种控制方法具有较强的鲁棒性，且有较好的动态控制效果。

电容器组单元采用晶闸管联合接触器控制，结合“过零”投切控制，减小投切时产生的过电压和涌流。晶闸管与接触器联合控制还可有效降低了晶闸管的发热损耗。

从图2中可知，变流单元与电容器组单元协调控制过程中，变流单元在其可调范围内可被视为一个快速可控的无功源，用于对无功需求中的动态部分做出及时反应，并且在稳态情况下保留足够的动态可控无功储备。当系统的无功需求瞬间发生剧烈变化时，装置首先由变流单元快速改变其输出，以对无功功率进行快速、动态、连续地补偿，同时提供对接入点电压的动态支撑和稳态调整，从而改善系统的动态和稳态性能，抑制无功功率振荡。当扰动导致系统进入新的稳态工作点后，装置再投入或切除适当数量的电容器组，以承担由变流单元所卸下的部分无功负荷。这样就使得混合补偿装置的变流单元与电容器组单元在统一调配下，既相互协调配合，又各自相对独立工作，既能满足不同的无功补偿需求，又能提高运行的装置灵活性和响应速度。

图1 QFC动态混合无功补偿装置一次系统方案

4.技术特点

1）具备瞬时响应能力，响应时间不大于5ms，可在瞬间响应系统无功补偿需求，可有效抑制电压闪变或者波动；

2）能够实现从感性到容性动态连续调节，补偿平滑无阶跃，不会产生欠补偿、过补偿；(www.xing528.com)

3）控制精度高，补偿效果好。补偿后0.95<cos≤1。

4）无功补偿、谐波治理、三相负荷不平衡，控制目标灵活可选，谐波畸变率小于5%，三相负荷不平衡电流小于10A；

5）控制单元、功率单元模块化设计，集成度高，电磁兼容性好，抗干扰能力强，结构稳定；

6）采用大容量SVC与小容量SVG通过统一协调控制，具有良好的动态特性和稳态性能。

图2 变流单元控制原理示意图

混合补偿装置响应速度快、精度高，具有无功功率吞吐功能，无功功率输出连续平滑可控及较高的动态特性和暂稳态特性；抗干扰能力强、发热小，完全能满足配网无功、谐波及不平衡状态等需求的调节要求（见表1）。

表1性能比较

5.应用情况

自2012年6月动态混合无功补偿装置在上海市电力公司科技项目“低压台区柔性无功补偿方案研究”中获得成功应用以来，混合补偿装置先后参与了上海市供电公司配电站改造项目、国电南瑞江宁基地配电台区、河南省孟津智能台区、江苏溧水智能化农村配电台区系统等多个项目的建设应用。经并网运行数据情况显示，装置在降低线损，稳定电网电压、提高供电可靠性等方面具有显著效果。

6.结束语

QFC动态混合补偿装置采用科学的控制策略，合理的结构，不大于5ms响应速度，实现了高精度的补偿效果，有效地抑制了电压闪变，提高了供电品质。功率因数从0.9提高到了0.99，配电系统负荷输送能力提升了10%，相当于等容量工程的建设成本降低10%及以上。线路损耗下降17.3%（依据中国电力网提供的计算方法）。装置功率器件采用电子开关与接触器相结合的运行方式、电容器组与变流单元优化组合，极大地延长了器件使用寿命，模块化设计，集多种功能于一体，可以减少配电系统工程建设重复项目，又可集约空间，产品的性价比高。

基于柔性交流输电技术与晶闸管联合接触器投切电容器组成的混合补偿装置，凭借其响应速度快、补偿精度高、调节范围广、补偿连续平滑、高性价比等优点，正在成为配电网无功补偿领域新的发展方向。

（作者：江苏方程电力科技有限公司 张建兴 包虎平）