智能配電網(wǎng)中有載調(diào)壓技術(shù)及TVR的應(yīng)用探討

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

另外，分布式電源的利用是緩解能源危機(jī)，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(duì)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(shè)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(fù)荷側(cè)產(chǎn)生的電壓高于變電站側(cè)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(dǎo)致電壓波動(dòng)，且光伏發(fā)電設(shè)備規(guī)模越大，電壓波動(dòng)越明顯[1]。

電壓質(zhì)量是電網(wǎng)運(yùn)行的主要技術(shù)指標(biāo)之一，根據(jù)GB/T 12325-2008，20kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的±7%。為改善供電線(xiàn)路電壓質(zhì)量，變壓器調(diào)壓技術(shù)在配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。調(diào)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(xiàn)變壓器電壓比的變化。變壓器調(diào)壓通常有無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種方式。無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓的最大缺點(diǎn)為不能帶負(fù)荷調(diào)壓。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電壓質(zhì)量的要求愈來(lái)愈高，無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器已不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電壓質(zhì)量的要求。有載調(diào)壓利用有載分接開(kāi)關(guān)，在保證不切斷負(fù)載電流的情況下，變換高壓繞組分接頭，來(lái)改變高壓匝數(shù)隨時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，以有效提高電壓質(zhì)量。

一、有載調(diào)壓技術(shù)

有載調(diào)壓最關(guān)鍵、最昂貴的元件為有載分接開(kāi)關(guān)，其實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)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(diào)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(zhǎng)，實(shí)際應(yīng)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(tǒng)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(shù)分類(lèi)，分為單相、三相和特殊設(shè)計(jì)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(tái)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(diào)壓繞組經(jīng)分接開(kāi)關(guān)接成Y結(jié)，此類(lèi)分接開(kāi)關(guān)往往用于中性點(diǎn)調(diào)壓。三相調(diào)壓繞組經(jīng)分接開(kāi)關(guān)使變壓器繞組接成Δ結(jié)，此類(lèi)分接開(kāi)關(guān)往往用于線(xiàn)端調(diào)壓或中部調(diào)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(duì)確保變壓器有載調(diào)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(hù)工作量大，故障率較高等問(wèn)題。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)為變壓器有載調(diào)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(fù)載從一個(gè)分接轉(zhuǎn)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(shù)無(wú)限制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓裝置免維護(hù)和無(wú)電弧快速電壓調(diào)節(jié)，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(diào)壓產(chǎn)品——TVR

基于晶閘管有載調(diào)壓的電壓調(diào)整器——TVR(Thyristor Voltage Regulator)，是電力電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，是有載調(diào)壓技術(shù)發(fā)展的方向，其通過(guò)晶閘管切換改變調(diào)整變壓器二次側(cè)輸出繞組的連接方式，以產(chǎn)生所需的調(diào)整電壓，通過(guò)串聯(lián)變壓器輸出不同大小等級(jí)的感應(yīng)電壓疊加到饋線(xiàn)主回路上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)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(gòu)成。變壓器部分由帶分接頭的調(diào)整變壓器和串聯(lián)在配電線(xiàn)路中的補(bǔ)償配電線(xiàn)路電壓的變壓器構(gòu)成，其中包含檢測(cè)線(xiàn)路電壓和電流的互感器。控制裝置嵌入在變壓器側(cè)面，由控制部分和晶閘管部分構(gòu)成。控制部分可以選擇通過(guò)事先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓自動(dòng)調(diào)整的“自動(dòng)”模式和通過(guò)任意的分接頭進(jìn)行固定運(yùn)行的“手動(dòng)”模式。晶閘管部分通過(guò)連接線(xiàn)與調(diào)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(dǎo)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(yīng)，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(yīng)答，因此，抑制電壓變動(dòng)時(shí)，通常設(shè)置動(dòng)作時(shí)限為1。

TVR動(dòng)作時(shí)限根據(jù)就地動(dòng)作時(shí)限曲線(xiàn)算出，對(duì)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(diào)壓。如圖3，電壓變化過(guò)短Δt1時(shí)，TVR不調(diào)壓;電壓變化Δt2時(shí)，TVR可以判斷并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)壓操作。

TVR分接頭的位置和輸入輸出電壓的關(guān)系(基準(zhǔn)電壓10kV)，如表1。逆送電狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)電壓的±與順?biāo)碗姇r(shí)相反，紅色線(xiàn)路構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)回路。