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摘 要在分析了高层楼宇供电系统存在的不足后，对SVC无功补偿及消谐装置的工作原理和应用效益进行了详细的分析讨论。
关键词无功补偿；SVC无功补偿及消谐装置；高层楼宇低压供电系统
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)032-0117-02
高层楼宇供电系统的主要功能是向楼宇电力用户提供安全连续可靠的高质量电能资源，以保证居民日常生产生活具有较高的质量水平。建筑楼宇供配电网在楼宇各服务功能运行和居民日常学习生活中起着相当重要的作用，尤其是在经济高速发展的当今，为了提高高层楼宇智能服务水平，小区高层建筑服务管理系统对建筑电气供配电网的供电电能总量及供电质量水平也提出了更高的要求。智能电网建设步伐的不断推进，城市高压电网综合供电效率得到了有效提高，110KV及以上电压等级的城市供配电网通过相关的技术改造，其平均功率因素可以达到0.9以上。但由于受城市电网当时建设技术水平和投资资金的影响，35KV及以下中低压楼宇建筑供配电网其自动化设施较为简陋、综合自动化水平较低，造成供配电网无功补偿装置技术水平、无功补偿容量、无功补偿模式、以及无功补偿装置安装位置等与建设高效率、高服务水平的供配电网间存在较大差异。智能楼宇建筑电气是一个复杂系统，所涉及到的电力设备功能和种类较多，电力设备出现故障的可能性也比较大，尤其是10KV建筑楼宇变电站及线路大多运行了近20年，很多电气设备及输电线路均出现了较为严重老化现象，严重影响了建筑电气供配电系统的供电质量水平。高层楼宇中由于其用电功能单元较多，呈现明显的用电负荷分布不均匀、负荷增长率时变等现象，各电源变电站负荷率波动相当大，大大影响了高层建筑楼宇供配电网综合供电质量水平。因此，根据楼宇建筑供配电网中的电力负荷时变特性，通过相应的技术手段和装置措施制定科学合理的无功补偿方案，提高建筑供电系统的功率因数，有效降低楼宇供配电网的损耗，是实现小区用户节约電能、提高经济效益，保障高效稳定生产较为优越的途径。
1高层建筑用电负荷特性
高层楼宇内根据其功能特性及设备运行特点可以将用电负荷划分为二大类：第一类为电动机等非线性负荷，此类负荷由于电梯、水泵、空调等在正常工作时，其外部负载具有时变特性，也就是说在一定工作时间内，此类用电设备所需的输入电能是一个动态时变变化过程，尤其是当大量变频调速装置在该类设备控制系统中的应用，大大影响了供电系统的供电质量水平。该类负荷大约占整个建筑供电系统容量的60%左右，这就给高层建筑楼宇供配电系统无功容量自适应实时调节提出相当高的要求；第二类负荷主要是居民照明负荷，此类负荷主要满足日常的生活学习，运行时负荷容量基本不变，但由于该类负荷网络较复杂，一般三相负荷容量是不平衡的。高层楼宇在正常运行过程中，由于像电梯、水泵、空调等一类系统其输出是一个典型的非线性负载，其在正常运行过程中供电电源的功率因数呈周期性动态波动变化。高层楼宇由于其智能服务水平需求的不断提高，其在供配电系统中像电梯等非线性感性负载容量的不断增加，特别是大容量整流调频设备的使用，一方面会使建筑电气供配电系统的三相电力负荷出现不平衡，造成供电电压发生剧烈的波动；另一方面由于像空调变频调速等非线性感性负载在正常运行过程中，会在电能资源转换过程中产生大量的高次谐波分量，从而使得供电系统的线损总量增加、供电质量水平严重下降，严重影响高层建筑电气供电系统高效稳定的运行发展。因此，在进行高层建筑电气供电网络建设和技术改造过程中，利用先进的无功动态补偿及消谐装置来优化高层建筑供电系统的网络结构和供电功能，提高楼宇服务系统中电能资源的综合电气性能，保证楼宇智能服务系统在运行过程中各类用电设备高效稳定的运行，达到节能降耗的目的。
2SVG无功补偿及消谐装置工作原理
高层建筑电气供电系统中所选用的SVG集中无功补偿及消谐装置是一种新型的电能优化设备。在全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇电气部分中明确了SVG装置除了可以进行功率因素补偿同时，还能在一定程度上实现对高次谐波分量的抑制。SVG可以调节内部晶闸管阀组的导通角来实时调整自换相桥式电路交流侧装置输出电压幅值和相位角间的关系特性，直接或通过电抗器（变流器）与供配电网相连，通过由晶闸管阀组构成的自换相桥式电路对供配电网进行无功功率的实时补偿。SVG设备具有自检测、自分析判断预测等功能特点，从高层建筑供电系统工程实践的角度实现了对供配电网无功功率的实时补偿和谐波的有效抑制。
SVG无功补偿及消谐装置可以由不同晶闸管阀组组成不同特性的调节电路，这样所构筑的网络结构具有调节范围大且精确性高等特性。SVG从供电系统中吸收不同性质无功容量（包括感性无功和容性无功两类）的工作相量图如图1所示。
在图1中，当SVG从建筑电气供电系统中吸收的无功容量电流呈容性工况时，此时SVG装置的变流逆变器内部电压与电流间就会呈现90°差值，所以变流逆变器无需消耗有功能量，但此时供电系统的电压与电流的相角差比90°存在一个δ角的偏移值，为了满足电流电压间正常的90°相位角关系，供电系统必须提供一定量的有功容量来补充供电系统的网损，也就是说此时电流中必然包含一定量的有功分量值，这样就实现了SVG对供电系统进行无功功率的补偿调节。当SVG装置内部变流逆变电路具有感性特性时，装置将不断从高层建筑电气供电系统吸收无功容量，以防止供电系统出现过补偿运行工况，影响供电质量水平；当变流逆变电路具有容性特性时，SVG装置将不断向供电系统提供无功补偿容量，以维持整个供电系统的有功和无功间的平衡。同时消谐波功能单元还会通过对应的谐波抑制电路有效过滤电能中的3次、5次、7次等非基波高次谐波分量，达到降低供电系统线损，节约电能资源的目的。SVG无功补偿及消谐装置与10KV（或35KV）城市供配电网的连接简图如图2所示：
图2SVG无功补偿及消谐装置与与10KV（或35KV）城市供配电网连接简图
3SVG在高层建筑供电系统中应用效益分析
在对建筑电气供电系统进行规划建设和技术改造过程中，采用SVG无功补偿及消谐装置不仅可以有效提高建筑电气供电系统的供电可靠性和供电质量水平，为楼宇智能服务系统提供功率因数和供电质量均良好的电能资源。同时还可以有效抑制供电系统中的高次谐波分量，减少非线性负载在运行过程中对供电系统的冲击，保证各类用电设备高效稳定的运行，提高其综合使用寿命。SVG无功补偿及消谐装置在高层楼宇建筑供电配电系统中可以带来具体使用效果，主要表现为：
1）通过SVG装置内部电路实时动态调节供电系统中的有功和无功容量，保证楼宇智能服务系统高效稳定运行，提高供电系统的综合供电质量水平，降低由变压器、变配电设备、输电线路、以及其它大型变频调速设备等在正常运行过程中产生的电能损耗，达到节能降耗的目的。
2）有效改善整个供电系统用电环境，保障楼宇服务系统各类电气设备能够长期运行在最优工况，不仅提高楼宇智能服务水平，而且还可以延长各类电气设备的综合使用寿命。
4结束语
SVG无功动态补偿及消谐装置不仅可以对建筑电气供电系统无功和有功容量进行实时补偿条件，同时还可以有效改善智能楼宇用电环境，大大减少高层建筑智能服务系统运行过程中的电能损耗、减小谐波对供配电系统的冲击，保证建筑电气系统安全可靠、高效节能的运行。
参考文献
[1]姜齐荣,谢小荣,陈建业.电力系统并联补偿-结构、原理、控制与应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
[2]王兆安,杨君.谐波抑制和无功补偿[M].机械工业出版社,1998.
[3]王栓庆,王久和,王立明.电压型PWM整流器变无功给定直接功率控制[J].辽宁工程技术大学学报,2006,25(Z1):173-174.
关键词无功补偿；SVC无功补偿及消谐装置；高层楼宇低压供电系统
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)032-0117-02
高层楼宇供电系统的主要功能是向楼宇电力用户提供安全连续可靠的高质量电能资源，以保证居民日常生产生活具有较高的质量水平。建筑楼宇供配电网在楼宇各服务功能运行和居民日常学习生活中起着相当重要的作用，尤其是在经济高速发展的当今，为了提高高层楼宇智能服务水平，小区高层建筑服务管理系统对建筑电气供配电网的供电电能总量及供电质量水平也提出了更高的要求。智能电网建设步伐的不断推进，城市高压电网综合供电效率得到了有效提高，110KV及以上电压等级的城市供配电网通过相关的技术改造，其平均功率因素可以达到0.9以上。但由于受城市电网当时建设技术水平和投资资金的影响，35KV及以下中低压楼宇建筑供配电网其自动化设施较为简陋、综合自动化水平较低，造成供配电网无功补偿装置技术水平、无功补偿容量、无功补偿模式、以及无功补偿装置安装位置等与建设高效率、高服务水平的供配电网间存在较大差异。智能楼宇建筑电气是一个复杂系统，所涉及到的电力设备功能和种类较多，电力设备出现故障的可能性也比较大，尤其是10KV建筑楼宇变电站及线路大多运行了近20年，很多电气设备及输电线路均出现了较为严重老化现象，严重影响了建筑电气供配电系统的供电质量水平。高层楼宇中由于其用电功能单元较多，呈现明显的用电负荷分布不均匀、负荷增长率时变等现象，各电源变电站负荷率波动相当大，大大影响了高层建筑楼宇供配电网综合供电质量水平。因此，根据楼宇建筑供配电网中的电力负荷时变特性，通过相应的技术手段和装置措施制定科学合理的无功补偿方案，提高建筑供电系统的功率因数，有效降低楼宇供配电网的损耗，是实现小区用户节约電能、提高经济效益，保障高效稳定生产较为优越的途径。
1高层建筑用电负荷特性
高层楼宇内根据其功能特性及设备运行特点可以将用电负荷划分为二大类：第一类为电动机等非线性负荷，此类负荷由于电梯、水泵、空调等在正常工作时，其外部负载具有时变特性，也就是说在一定工作时间内，此类用电设备所需的输入电能是一个动态时变变化过程，尤其是当大量变频调速装置在该类设备控制系统中的应用，大大影响了供电系统的供电质量水平。该类负荷大约占整个建筑供电系统容量的60%左右，这就给高层建筑楼宇供配电系统无功容量自适应实时调节提出相当高的要求；第二类负荷主要是居民照明负荷，此类负荷主要满足日常的生活学习，运行时负荷容量基本不变，但由于该类负荷网络较复杂，一般三相负荷容量是不平衡的。高层楼宇在正常运行过程中，由于像电梯、水泵、空调等一类系统其输出是一个典型的非线性负载，其在正常运行过程中供电电源的功率因数呈周期性动态波动变化。高层楼宇由于其智能服务水平需求的不断提高，其在供配电系统中像电梯等非线性感性负载容量的不断增加，特别是大容量整流调频设备的使用，一方面会使建筑电气供配电系统的三相电力负荷出现不平衡，造成供电电压发生剧烈的波动；另一方面由于像空调变频调速等非线性感性负载在正常运行过程中，会在电能资源转换过程中产生大量的高次谐波分量，从而使得供电系统的线损总量增加、供电质量水平严重下降，严重影响高层建筑电气供电系统高效稳定的运行发展。因此，在进行高层建筑电气供电网络建设和技术改造过程中，利用先进的无功动态补偿及消谐装置来优化高层建筑供电系统的网络结构和供电功能，提高楼宇服务系统中电能资源的综合电气性能，保证楼宇智能服务系统在运行过程中各类用电设备高效稳定的运行，达到节能降耗的目的。
2SVG无功补偿及消谐装置工作原理
高层建筑电气供电系统中所选用的SVG集中无功补偿及消谐装置是一种新型的电能优化设备。在全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇电气部分中明确了SVG装置除了可以进行功率因素补偿同时，还能在一定程度上实现对高次谐波分量的抑制。SVG可以调节内部晶闸管阀组的导通角来实时调整自换相桥式电路交流侧装置输出电压幅值和相位角间的关系特性，直接或通过电抗器（变流器）与供配电网相连，通过由晶闸管阀组构成的自换相桥式电路对供配电网进行无功功率的实时补偿。SVG设备具有自检测、自分析判断预测等功能特点，从高层建筑供电系统工程实践的角度实现了对供配电网无功功率的实时补偿和谐波的有效抑制。
SVG无功补偿及消谐装置可以由不同晶闸管阀组组成不同特性的调节电路，这样所构筑的网络结构具有调节范围大且精确性高等特性。SVG从供电系统中吸收不同性质无功容量（包括感性无功和容性无功两类）的工作相量图如图1所示。
在图1中，当SVG从建筑电气供电系统中吸收的无功容量电流呈容性工况时，此时SVG装置的变流逆变器内部电压与电流间就会呈现90°差值，所以变流逆变器无需消耗有功能量，但此时供电系统的电压与电流的相角差比90°存在一个δ角的偏移值，为了满足电流电压间正常的90°相位角关系，供电系统必须提供一定量的有功容量来补充供电系统的网损，也就是说此时电流中必然包含一定量的有功分量值，这样就实现了SVG对供电系统进行无功功率的补偿调节。当SVG装置内部变流逆变电路具有感性特性时，装置将不断从高层建筑电气供电系统吸收无功容量，以防止供电系统出现过补偿运行工况，影响供电质量水平；当变流逆变电路具有容性特性时，SVG装置将不断向供电系统提供无功补偿容量，以维持整个供电系统的有功和无功间的平衡。同时消谐波功能单元还会通过对应的谐波抑制电路有效过滤电能中的3次、5次、7次等非基波高次谐波分量，达到降低供电系统线损，节约电能资源的目的。SVG无功补偿及消谐装置与10KV（或35KV）城市供配电网的连接简图如图2所示：
图2SVG无功补偿及消谐装置与与10KV（或35KV）城市供配电网连接简图
3SVG在高层建筑供电系统中应用效益分析
在对建筑电气供电系统进行规划建设和技术改造过程中，采用SVG无功补偿及消谐装置不仅可以有效提高建筑电气供电系统的供电可靠性和供电质量水平，为楼宇智能服务系统提供功率因数和供电质量均良好的电能资源。同时还可以有效抑制供电系统中的高次谐波分量，减少非线性负载在运行过程中对供电系统的冲击，保证各类用电设备高效稳定的运行，提高其综合使用寿命。SVG无功补偿及消谐装置在高层楼宇建筑供电配电系统中可以带来具体使用效果，主要表现为：
1）通过SVG装置内部电路实时动态调节供电系统中的有功和无功容量，保证楼宇智能服务系统高效稳定运行，提高供电系统的综合供电质量水平，降低由变压器、变配电设备、输电线路、以及其它大型变频调速设备等在正常运行过程中产生的电能损耗，达到节能降耗的目的。
2）有效改善整个供电系统用电环境，保障楼宇服务系统各类电气设备能够长期运行在最优工况，不仅提高楼宇智能服务水平，而且还可以延长各类电气设备的综合使用寿命。
4结束语
SVG无功动态补偿及消谐装置不仅可以对建筑电气供电系统无功和有功容量进行实时补偿条件，同时还可以有效改善智能楼宇用电环境，大大减少高层建筑智能服务系统运行过程中的电能损耗、减小谐波对供配电系统的冲击，保证建筑电气系统安全可靠、高效节能的运行。
参考文献
[1]姜齐荣,谢小荣,陈建业.电力系统并联补偿-结构、原理、控制与应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
[2]王兆安,杨君.谐波抑制和无功补偿[M].机械工业出版社,1998.
[3]王栓庆,王久和,王立明.电压型PWM整流器变无功给定直接功率控制[J].辽宁工程技术大学学报,2006,25(Z1):173-174.