智能配電網(wǎng)中有載調壓技術及TVR的應用探討

我國實際供電網(wǎng)絡由于線路長、線損大、負荷分布廣、分支線多，電壓受晝夜負荷、季節(jié)負荷變化影響較大，配電網(wǎng)電壓質量不合格現(xiàn)象十分普遍。

另外，分布式電源的利用是緩解能源危機，減少環(huán)境污染，提高供電可靠性和電能質量的關鍵之一。但是，新能源的并網(wǎng)、脫網(wǎng)會對電網(wǎng)造成沖擊，使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動。比如，在配網(wǎng)終端大量接入光伏發(fā)電設備時，由于存在反向的潮流，光伏發(fā)電(Photovoltaic，PV)電流通過饋線阻抗產(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，且光伏發(fā)電設備規(guī)模越大，電壓波動越明顯[1]。

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

一、有載調壓技術

有載調壓最關鍵、最昂貴的元件為有載分接開關，其實現(xiàn)兩項基本功能：在開路情況下“選擇”一個分接頭;在不中斷通過電流的情況下把功率“切換”或“調換”到所選的分接頭上。

有載分接開關按過度阻抗分類，分為電阻式和電抗式兩種。但由于電抗式有載分接開關材料消耗多，體積大，燃弧時間長，實際應用中普遍采用電阻式有載分接開關。

按絕緣介質和切換介質分類，分為油浸式有載分接開關、油浸式真空有載分接開關和干式有載分接開關。目前系統(tǒng)絕大部分使用的是油浸式有載分接開關，其絕緣介質和滅弧介質均為變壓器油。

按相數(shù)分類，分為單相、三相和特殊設計的(Ⅰ+Ⅱ)相。單相有載分接開關既可用于Y接，也可用于Δ接。三相分接開關各觸頭直接并聯(lián)可作為單相分接開關使用，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。三相有載分接開關有Y接和Δ接兩種，三相調壓繞組經(jīng)分接開關接成Y結，此類分接開關往往用于中性點調壓。三相調壓繞組經(jīng)分接開關使變壓器繞組接成Δ結，此類分接開關往往用于線端調壓或中部調壓。

按觸點方式分類，分為有觸點與無觸點兩種。油浸式、油浸式真空、干式等分接開關均為有觸點式有載分接開關。有觸點式有載分接開關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，動作速度慢，維護工作量大，故障率較高等問題。隨著電力電子技術的發(fā)展，無觸點開關為變壓器有載調壓系統(tǒng)結構的發(fā)展提出了新的方向[2]。無觸點有載分接開關即電子式有載分接開關，負載從一個分接轉換到另一分接時是由晶閘管來完成。由于晶閘管開關速度快、開關次數(shù)無限制，可實現(xiàn)調壓裝置免維護和無電弧快速電壓調節(jié)，從根本上解決有載分接開關電氣壽命短的問題。

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)，是電力電子技術發(fā)展的結果，是有載調壓技術發(fā)展的方向，其通過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，通過串聯(lián)變壓器輸出不同大小等級的感應電壓疊加到饋線主回路上，從而實現(xiàn)調節(jié)線路電壓的目的。

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)在配電線路中的補償配電線路電壓的變壓器構成，其中包含檢測線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擇通過事先設定的基準電壓自動調整的“自動”模式和通過任意的分接頭進行固定運行的“手動”模式。晶閘管部分通過連接線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TVR的動作時限。TVR最快200ms的高速回應，檔位切換需要時間為50ms以下。電壓偏差越大越需要迅速應答，因此，抑制電壓變動時，通常設置動作時限為1。

TVR動作時限根據(jù)就地動作時限曲線算出，對于電壓變化過短的情況，TVR無法做出判斷，因此無法進行調壓。如圖3，電壓變化過短Δt1時，TVR不調壓;電壓變化Δt2時，TVR可以判斷并進行相應調壓操作。

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