1 前言

隨著國家支農(nóng)惠農(nóng)政策的相繼出臺(tái)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展，農(nóng)民生活逐年改善。在用電方面，隨著全面實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)同網(wǎng)同價(jià)，機(jī)械化生產(chǎn)、電氣化生活在農(nóng)村逐步推廣，電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、電磁爐、電飯煲、空調(diào)等家用電器得到迅速普及，農(nóng)村的用電量日益增大，以每年約10%～15%的速度持續(xù)遞增。這些電器設(shè)備的增加對(duì)電能質(zhì)量造成了巨大的污染。主要體現(xiàn)在諧波嚴(yán)重超標(biāo)，造成變壓器、電機(jī)、電容器組和線路的損耗加劇，甚至危及設(shè)備安全；產(chǎn)生的負(fù)序電流對(duì)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，降低工作效率，增加能耗；由于沖擊無功的作用，對(duì)電壓造成嚴(yán)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(duì)這些大沖擊非線性負(fù)荷或不對(duì)稱負(fù)荷應(yīng)進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償和用電污染治理，即對(duì)該類污染從源頭進(jìn)行治理，以達(dá)到電能質(zhì)量治理、節(jié)能降耗、增加產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

因此，采用無功發(fā)生器技術(shù)是解決這些問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(duì)系統(tǒng)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)無功備用水平，提高受電能力。

無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調(diào)相機(jī)→開關(guān)投切固定電容→靜止無功補(bǔ)償器（SVC）→靜止同步補(bǔ)償器（SVG）的過程。靜止無功補(bǔ)償器（STATCOM，又稱SVG）采用了全控型開關(guān)器件（如IGBT），所以其動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果是早期的同步調(diào)相機(jī)、電容器等無功補(bǔ)償裝置不能比擬的。靜止無功發(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(yīng)，將成為輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，離不開作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的電力的支持，農(nóng)村電網(wǎng)對(duì)建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村有著至關(guān)重要的意義。
2 風(fēng)光STATCOM（以下簡稱FGSVG）與傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置的比較

風(fēng)光STATCOM（以下簡稱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)無功補(bǔ)償裝置，采用現(xiàn)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)無功功率理論和基于同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓或者兩者分時(shí)間段作為控制目標(biāo)，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來調(diào)節(jié)無功輸出，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行。FGSVG擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和多項(xiàng)發(fā)明專利，以其較低的諧波，較高的效率，快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，成為輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備。

FGSVG與同步調(diào)相機(jī)、SVC裝置比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護(hù)，可以節(jié)省大量的維護(hù)費(fèi)用；
（2）在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)震蕩等方面的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)；
（3）控制靈活、調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)速度廣，在感性和容性運(yùn)行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度可達(dá)毫秒級(jí)；
（4）靜止運(yùn)行、安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機(jī)那樣的大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，無磨損，無機(jī)械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響；
（5）對(duì)電容器的容量要求不高，可以省去常規(guī)裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機(jī)構(gòu)，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)連接起來的作用，因此其電感量遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的TCR等SVC裝置所需的電感量；
（7）FGSVG輸出電流不依賴于電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，具有更寬的運(yùn)行范圍。而SVC本質(zhì)是阻抗型補(bǔ)償，輸出電流和電壓成線性關(guān)系。因此系統(tǒng)電壓變低時(shí)，同容量FGSVG可以比SVC提供更大的補(bǔ)償容量，F(xiàn)GSVG若配合同容量固定電容器可構(gòu)成0～2倍容量的動(dòng)態(tài)容性無功補(bǔ)償器，性價(jià)比更高；
（8）FGSVG比SVC具有更快的響應(yīng)速度，因而更適合抑制電壓閃變。FGSVG響應(yīng)時(shí)間在10 ms以內(nèi)，而SVC響應(yīng)時(shí)間一般在大于40 ms。FGSVG從額定容性無功功率變?yōu)轭~定感性無功功率（或相反）可在1 ms之內(nèi)完成，這種響應(yīng)速度完全可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)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)來消除次數(shù)較低的諧波，并使如7、11等較高次數(shù)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(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)帶來許多困難；
（10）在故障條件下，F(xiàn)GSVG比SVC具有更好的控制穩(wěn)定性。SVC使用了大量電容器電抗器，當(dāng)外部系統(tǒng)容量與補(bǔ)償裝置的容量可比時(shí)，SVC會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性。FGSVG對(duì)外部系統(tǒng)運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(nèi)提供有功功率，減少有功功率沖擊。SVC只能提供無功功率，不具備提供有功功率的功能。
3 FGSVG產(chǎn)品系統(tǒng)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變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

3.2 FGSVG產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

FGSVG產(chǎn)品系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示：

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

進(jìn)線柜是連接電網(wǎng)與裝置的樞紐，控制裝置的掛網(wǎng)與斷網(wǎng)，并預(yù)留與原無功補(bǔ)償設(shè)備（FC）的接口，方便現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)接。

功率柜采用模塊化設(shè)計(jì)，功率單元的結(jié)構(gòu)和電氣性能完全一致，單元可以互換，方便檢修和維護(hù)。

控制柜人機(jī)界面優(yōu)化處理，人性化設(shè)計(jì)，全數(shù)字化控制，實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)所需的無功功率、諧波、負(fù)序電流等實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤與補(bǔ)償，對(duì)輔助設(shè)備實(shí)時(shí)控制，保持與上位機(jī)通訊，具有良好的可觀測(cè)性。

3.3 FGSVG電氣原理

FGSVG產(chǎn)品的主電路采用鏈?zhǔn)侥孀兤魍負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(yùn)行方式為N＋１模式。
這種結(jié)構(gòu)可以獨(dú)立分相控制，有利于解決相間平衡問題，在系統(tǒng)受到干擾時(shí)，更好地提供電壓支撐；所有鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)完全相同，可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展裝置容量；每相鏈節(jié)可設(shè)置一個(gè)冗余鏈節(jié)，當(dāng)一個(gè)單元出現(xiàn)故障后仍可以滿負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)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(shè)計(jì)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(hù)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(hào)連接均采用光纖。

FGSVG裝置控制核心由高速32位數(shù)字信號(hào)處理器DSP、大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD/FPGA和一體化人機(jī)界面協(xié)同運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證FGSVG達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。控制器采用大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)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(tǒng)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(dú)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(dú)立于高壓系統(tǒng)的電源，方便調(diào)試、維修，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)調(diào)試帶來了很大方便。
4四川某典型應(yīng)用案例

塔山供電所位于三臺(tái)縣東路的塔山場(chǎng)鎮(zhèn)，現(xiàn)有6300kVA主變兩臺(tái)，全年供電量2000多萬kW·h。轄區(qū)35kV劉塔線路一條18.6公里，10kV線路共六條共計(jì)312.3公里，共計(jì)量用戶27905戶，現(xiàn)在10kV母線上裝設(shè)2000kvar的SVG一臺(tái)。供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

用戶現(xiàn)場(chǎng)在集中用電高峰時(shí)，功率因數(shù)很低，此時(shí)電網(wǎng)功率因數(shù)仍然在0.2以下，存在“欠補(bǔ)”現(xiàn)象；在用電低谷時(shí)，存在“過補(bǔ)”現(xiàn)象。波動(dòng)明顯的無功功率導(dǎo)致10kV電網(wǎng)母線電壓的波動(dòng)，對(duì)用戶用電安全造成影響，供電所原來配置2組0.6MVAR無功補(bǔ)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程中無法無級(jí)調(diào)節(jié)無功功率。
電力公司領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過多方考察，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(guī)格型號(hào)為：±2000kvar/6kV，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償及諧波治理。于2011年9月25日開始了安裝、主電纜及控制線路的鋪設(shè)、繼保的整定調(diào)試、電纜的耐壓試驗(yàn)及裝置本身的性能調(diào)試及檢驗(yàn)。經(jīng)嚴(yán)格的程序批報(bào)，本臺(tái)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(diào)期間裝置未對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行帶來任何不良影響。

FGSVG可與原電容柜并列運(yùn)行也可以單獨(dú)運(yùn)行，由于FGSVG具有容感性連續(xù)調(diào)節(jié)功能，安裝FGSVG裝置后，不僅使電網(wǎng)功率因數(shù)由原來的0.2以下提高到0.98以上，并且解決了現(xiàn)有電容器補(bǔ)償裝置“過補(bǔ)”的問題。FGSVG工作可靠，功能齊全，自動(dòng)化程度高，操作簡單，能實(shí)時(shí)記錄各種運(yùn)行參數(shù)及發(fā)生的故障并對(duì)各種故障進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，與現(xiàn)有的無功補(bǔ)償設(shè)備相比優(yōu)越性非常明顯。
圖6為投入前功率因數(shù)曲線，圖7為投入后功率因數(shù)曲線。

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(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。配電網(wǎng)加裝FGSVG后，從電網(wǎng)電力用戶的效益分析，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）減少用戶電費(fèi)支出。
FGSVG無功補(bǔ)償?shù)男б娣浅Ｃ黠@，經(jīng)測(cè)算，該用戶每年節(jié)約電費(fèi)100多萬元。用戶補(bǔ)償后也使電網(wǎng)降低了損耗，提高了電壓質(zhì)量。
6結(jié)束語

在農(nóng)村電網(wǎng)采用無功補(bǔ)償改善供電系統(tǒng)的電網(wǎng)質(zhì)量，這樣不僅能增大有功輸出能力，使設(shè)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，降低了線路中的電壓損失和電壓波動(dòng)，從而達(dá)到節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的目的，為用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是一件利國利民的好事，值得在農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)大力推廣。