智能配電網(wǎng)中有載調壓技術(shù)及TVR的應用探討

我國實(shí)際供電網(wǎng)絡(luò )由于線(xiàn)路長(cháng)、線(xiàn)損大、負荷分布廣、分支線(xiàn)多，電壓受晝夜負荷、季節負荷變化影響較大，配電網(wǎng)電壓質(zhì)量不合格現象十分普遍。

另外，分布式電源的利用是緩解能源危機，減少環(huán)境污染，提高供電可靠性和電能質(zhì)量的關(guān)鍵之一。但是，新能源的并網(wǎng)、脫網(wǎng)會(huì )對電網(wǎng)造成沖擊，使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)。比如，在配網(wǎng)終端大量接入光伏發(fā)電設備時(shí)，由于存在反向的潮流，光伏發(fā)電(Photovoltaic，PV)電流通過(guò)饋線(xiàn)阻抗產(chǎn)生的壓降將使負荷側產(chǎn)生的電壓高于變電站側電壓;另外，PV發(fā)電功率隨光照變化而變化，造成輸出電流的變化導致電壓波動(dòng)，且光伏發(fā)電設備規模越大，電壓波動(dòng)越明顯[1]。

電壓質(zhì)量是電網(wǎng)運行的主要技術(shù)指標之一，根據GB/T 12325-2008，20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱(chēng)電壓的±7%。為改善供電線(xiàn)路電壓質(zhì)量，變壓器調壓技術(shù)在配電系統中得到了廣泛應用。調壓的基本原理是通過(guò)變壓器一次繞組或二次繞組的加匝或減匝實(shí)現變壓器電壓比的變化。變壓器調壓通常有無(wú)勵磁調壓和有載調壓兩種方式。無(wú)勵磁調壓的最大缺點(diǎn)為不能帶負荷調壓。隨著(zhù)國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶(hù)對電壓質(zhì)量的要求愈來(lái)愈高，無(wú)勵磁調壓變壓器已不能滿(mǎn)足用戶(hù)對電壓質(zhì)量的要求。有載調壓利用有載分接開(kāi)關(guān)，在保證不切斷負載電流的情況下，變換高壓繞組分接頭，來(lái)改變高壓匝數隨時(shí)對電壓進(jìn)行調整，以有效提高電壓質(zhì)量。

一、有載調壓技術(shù)

有載調壓最關(guān)鍵、最昂貴的元件為有載分接開(kāi)關(guān)，其實(shí)現兩項基本功能：在開(kāi)路情況下“選擇”一個(gè)分接頭;在不中斷通過(guò)電流的情況下把功率“切換”或“調換”到所選的分接頭上。

有載分接開(kāi)關(guān)按過(guò)度阻抗分類(lèi)，分為電阻式和電抗式兩種。但由于電抗式有載分接開(kāi)關(guān)材料消耗多，體積大，燃弧時(shí)間長(cháng)，實(shí)際應用中普遍采用電阻式有載分接開(kāi)關(guān)。

按絕緣介質(zhì)和切換介質(zhì)分類(lèi)，分為油浸式有載分接開(kāi)關(guān)、油浸式真空有載分接開(kāi)關(guān)和干式有載分接開(kāi)關(guān)。目前系統絕大部分使用的是油浸式有載分接開(kāi)關(guān)，其絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)均為變壓器油。

按相數分類(lèi)，分為單相、三相和特殊設計的(Ⅰ+Ⅱ)相。單相有載分接開(kāi)關(guān)既可用于Y接，也可用于Δ接。三相分接開(kāi)關(guān)各觸頭直接并聯(lián)可作為單相分接開(kāi)關(guān)使用，一般常用于220kV及以上大型變壓器或由三臺單相變壓器組合的變壓器組中。三相有載分接開(kāi)關(guān)有Y接和Δ接兩種，三相調壓繞組經(jīng)分接開(kāi)關(guān)接成Y結，此類(lèi)分接開(kāi)關(guān)往往用于中性點(diǎn)調壓。三相調壓繞組經(jīng)分接開(kāi)關(guān)使變壓器繞組接成Δ結，此類(lèi)分接開(kāi)關(guān)往往用于線(xiàn)端調壓或中部調壓。

按觸點(diǎn)方式分類(lèi)，分為有觸點(diǎn)與無(wú)觸點(diǎn)兩種。油浸式、油浸式真空、干式等分接開(kāi)關(guān)均為有觸點(diǎn)式有載分接開(kāi)關(guān)。有觸點(diǎn)式有載分接開(kāi)關(guān)對確保變壓器有載調壓的可靠性具有重要意義，但也存在如壽命短，動(dòng)作速度慢，維護工作量大，故障率較高等問(wèn)題。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)為變壓器有載調壓系統結構的發(fā)展提出了新的方向[2]。無(wú)觸點(diǎn)有載分接開(kāi)關(guān)即電子式有載分接開(kāi)關(guān)，負載從一個(gè)分接轉換到另一分接時(shí)是由晶閘管來(lái)完成。由于晶閘管開(kāi)關(guān)速度快、開(kāi)關(guān)次數無(wú)限制，可實(shí)現調壓裝置免維護和無(wú)電弧快速電壓調節，從根本上解決有載分接開(kāi)關(guān)電氣壽命短的問(wèn)題。

二、有載調壓產(chǎn)品——TVR

基于晶閘管有載調壓的電壓調整器——TVR(Thyristor Voltage Regulator)，是電力電子技術(shù)發(fā)展的結果，是有載調壓技術(shù)發(fā)展的方向，其通過(guò)晶閘管切換改變調整變壓器二次側輸出繞組的連接方式，以產(chǎn)生所需的調整電壓，通過(guò)串聯(lián)變壓器輸出不同大小等級的感應電壓疊加到饋線(xiàn)主回路上，從而實(shí)現調節線(xiàn)路電壓的目的。

TVR主要由變壓器部分和控制部分兩部分構成。變壓器部分由帶分接頭的調整變壓器和串聯(lián)在配電線(xiàn)路中的補償配電線(xiàn)路電壓的變壓器構成，其中包含檢測線(xiàn)路電壓和電流的互感器?？刂蒲b置嵌入在變壓器側面，由控制部分和晶閘管部分構成?？刂撇糠挚梢赃x擇通過(guò)事先設定的基準電壓自動(dòng)調整的“自動(dòng)”模式和通過(guò)任意的分接頭進(jìn)行固定運行的“手動(dòng)”模式。晶閘管部分通過(guò)連接線(xiàn)與調整變壓器和串聯(lián)變壓器連接，包括切換變壓器分接頭的電力用半導體閥片(晶閘管)。TVR的主回路如圖1。

如圖2，為T(mén)VR的動(dòng)作時(shí)限。TVR最快200ms的高速回應，檔位切換需要時(shí)間為50ms以下。電壓偏差越大越需要迅速應答，因此，抑制電壓變動(dòng)時(shí)，通常設置動(dòng)作時(shí)限為1。

TVR動(dòng)作時(shí)限根據就地動(dòng)作時(shí)限曲線(xiàn)算出，對于電壓變化過(guò)短的情況，TVR無(wú)法做出判斷，因此無(wú)法進(jìn)行調壓。如圖3，電壓變化過(guò)短Δt1時(shí)，TVR不調壓;電壓變化Δt2時(shí)，TVR可以判斷并進(jìn)行相應調壓操作。

TVR分接頭的位置和輸入輸出電壓的關(guān)系(基準電壓10kV)，如表1。逆送電狀態(tài)時(shí)，調節電壓的±與順送電時(shí)相反，紅色線(xiàn)路構成電壓調節回路。