智能配電網(wǎng)中有載調(diào)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(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，減少環(huán)境污染，提高供電可靠性和電能質(zhì)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(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(zhì)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(zhì)量，變壓器調(diào)壓技術在配電系統(tǒng)中得到了廣泛應用。調(diào)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(diào)壓通常有無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種方式。無勵磁調(diào)壓的最大缺點為不能帶負荷調(diào)壓。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對電壓質(zhì)量的要求愈來愈高，無勵磁調(diào)壓變壓器已不能滿足用戶對電壓質(zhì)量的要求。有載調(diào)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(diào)整，以有效提高電壓質(zhì)量。

一、有載調(diào)壓技術

有載調(diào)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(diào)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(zhì)和切換介質(zhì)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(zhì)和滅弧介質(zhì)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(diào)壓繞組經(jīng)分接開關接成Y結(jié)，此類分接開關往往用于中性點調(diào)壓。三相調(diào)壓繞組經(jīng)分接開關使變壓器繞組接成Δ結(jié)，此類分接開關往往用于線端調(diào)壓或中部調(diào)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(diào)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(diào)壓系統(tǒng)結(jié)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(zhuǎn)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(diào)壓裝置免維護和無電弧快速電壓調(diào)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(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)，是電力電子技術發(fā)展的結(jié)果，是有載調(diào)壓技術發(fā)展的方向，其通過晶閘管切換改變調(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(diào)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(diào)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。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成?？刂撇糠挚梢赃x擇通過事先設定的基準電壓自動調(diào)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(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(diào)壓。如圖3，電壓變化過短Δt1時，TVR不調(diào)壓;電壓變化Δt2時，TVR可以判斷并進行相應調(diào)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(diào)節(jié)電壓的±與順送電時相反，紅色線路構成電壓調(diào)節(jié)回路。