1 前言

隨著國家支農(nóng)惠農(nóng)政策的相繼出臺，農(nóng)村經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，農(nóng)民生活逐年改善。在用電方面，隨著全面實現(xiàn)城鄉(xiāng)同網(wǎng)同價，機械化生產(chǎn)、電氣化生活在農(nóng)村逐步推廣，電視機、電冰箱、洗衣機、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)備的增加對電能質(zhì)量造成了巨大的污染。主要體現(xiàn)在諧波嚴重超標(biāo)，造成變壓器、電機、電容器組和線路的損耗加劇，甚至危及設(shè)備安全；產(chǎn)生的負序電流對電機等旋轉(zhuǎn)機械產(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，對電壓造成嚴重的波動和閃變，降低生產(chǎn)效率，單位能耗增加，同時造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。對這些大沖擊非線性負荷或不對稱負荷應(yīng)進行就地?zé)o功補償和用電污染治理，即對該類污染從源頭進行治理，以達到電能質(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，改善電能質(zhì)量，另一方面對系統(tǒng)的阻尼特性也有一定程度的改善；可以提高受端電網(wǎng)的動態(tài)無功備用水平，提高受電能力。

無功補償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調(diào)相機→開關(guān)投切固定電容→靜止無功補償器（SVC）→靜止同步補償器（SVG）的過程。靜止無功補償器（STATCOM，又稱SVG）采用了全控型開關(guān)器件（如IGBT），所以其動態(tài)補償效果是早期的同步調(diào)相機、電容器等無功補償裝置不能比擬的。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)對建設(shè)社會主義新農(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)的高壓動態(tài)無功補償裝置，采用現(xiàn)代電力電子、自動化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采用先進的瞬時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)電壓或者兩者分時間段作為控制目標(biāo)，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來調(diào)節(jié)無功輸出，實現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運行。FGSVG擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和多項發(fā)明專利，以其較低的諧波，較高的效率，快速的動態(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、SVC裝置比較具有如下優(yōu)點：
（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，可以節(jié)省大量的維護費用；
（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；
（3）控制靈活、調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)速度廣，在感性和容性運行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度可達毫秒級；
（4）靜止運行、安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機那樣的大型轉(zhuǎn)動設(shè)備，無磨損，無機械噪聲，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(guī)裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機構(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輸出電流不依賴于電壓，表現(xiàn)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性關(guān)系。因此系統(tǒng)電壓變低時，同容量FGSVG可以比SVC提供更大的補償容量，F(xiàn)GSVG若配合同容量固定電容器可構(gòu)成0～2倍容量的動態(tài)容性無功補償器，性價比更高；
（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)時間在10 ms以內(nèi)，而SVC響應(yīng)時間一般在大于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)容量與補償裝置的容量可比時，SVC會產(chǎn)生不穩(wěn)定性。FGSVG對外部系統(tǒng)運行條件和結(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??；
（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，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?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)成主要有三個部分組成：進線柜、功率柜、控制柜。圖3為電氣原理示意圖。

進線柜是連接電網(wǎng)與裝置的樞紐，控制裝置的掛網(wǎng)與斷網(wǎng)，并預(yù)留與原無功補償設(shè)備（FC）的接口，方便現(xiàn)場的對接。

功率柜采用模塊化設(shè)計，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。

控制柜人機界面優(yōu)化處理，人性化設(shè)計，全數(shù)字化控制，實時計算電網(wǎng)所需的無功功率、諧波、負序電流等實現(xiàn)動態(tài)跟蹤與補償，對輔助設(shè)備實時控制，保持與上位機通訊，具有良好的可觀測性。

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(jié)構(gòu)，Y型連接，10kV裝置每相12個單元串聯(lián)組成，6kV裝置每相8個單元串聯(lián)組成，運行方式為N＋１模式。
這種結(jié)構(gòu)可以獨立分相控制，有利于解決相間平衡問題，在系統(tǒng)受到干擾時，更好地提供電壓支撐；所有鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)完全相同，可以實現(xiàn)模塊化設(shè)計，便于擴展裝置容量；每相鏈節(jié)可設(shè)置一個冗余鏈節(jié)，當(dāng)一個單元出現(xiàn)故障后仍可以滿負荷繼續(xù)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(shè)計時選用同一批次的元器件，保證各元器件性能的一致性。每個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(shù)字信號處理器DSP、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/FPGA和一體化人機界面協(xié)同運算來實現(xiàn)，精心設(shè)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(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(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獨立于高壓系統(tǒng)的電源，方便調(diào)試、維修，增強了系統(tǒng)的可靠性。在不加高壓的情況下，設(shè)備各點的波形與加高壓情況基本相似，給整機調(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縣東路的塔山場鎮(zhèn)，現(xiàn)有6300kVA主變兩臺，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312.3公里，共計量用戶27905戶，現(xiàn)在10kV母線上裝設(shè)2000kvar的SVG一臺。供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

用戶現(xiàn)場在集中用電高峰時，功率因數(shù)很低，此時電網(wǎng)功率因數(shù)仍然在0.2以下，存在“欠補”現(xiàn)象；在用電低谷時，存在“過補”現(xiàn)象。波動明顯的無功功率導(dǎo)致10kV電網(wǎng)母線電壓的波動，對用戶用電安全造成影響，供電所原來配置2組0.6MVAR無功補償電容器，其中一組電容器已經(jīng)損壞，并且單組電容器在投切過程中無法無級調(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)格型號為：±2000kvar/6kV，對電網(wǎng)進行無功補償及諧波治理。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、電纜的耐壓試驗及裝置本身的性能調(diào)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(diào)期間裝置未對電網(wǎng)正常運行帶來任何不良影響。

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(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)有電容器補償裝置“過補”的問題。FGSVG工作可靠，功能齊全，自動化程度高，操作簡單，能實時記錄各種運行參數(shù)及發(fā)生的故障并對各種故障進行自動保護，與現(xiàn)有的無功補償設(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）減少用戶電費支出。
FGSVG無功補償?shù)男б娣浅Ｃ黠@，經(jīng)測算，該用戶每年節(jié)約電費100多萬元。用戶補償后也使電網(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，從而達到節(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。