210Mvar動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在南方電網(wǎng)的應(yīng)用

榮信電力電子股份有限公司 楊建偉

鞍山有線電視臺(tái) 張巍

本文論述了榮信電力電子股份有限公司采用國際上最先進(jìn)光觸發(fā)晶閘管技術(shù)，自行研發(fā)、制造的國內(nèi)裝機(jī)容量最大（210Mvar）的靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（Static Var Compensator—SVC），應(yīng)用于中國南方電網(wǎng)廣西自治區(qū)梧州變電站的過程。

SVC 容量210Mvar 光觸發(fā)晶閘管

1 前言

榮信電力電子股份有限公司是國家唯一的SVC產(chǎn)業(yè)化示范基地，SVC國家標(biāo)準(zhǔn)起草單位，中國電力電子行業(yè)第一家上市公司。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于鋼廠、電氣化鐵道、煤炭、電力、有色金屬等諸多行業(yè)。

2008年，榮信電力電子股份有限公司與中國南方電網(wǎng)合作，在廣西自治區(qū)梧州變電站（500kV）加裝SVC，容量達(dá)210Mvar，是目前中國裝機(jī)最大容量的SVC。

2 SVC的原理

SVC又稱為“靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器”，主要用于補(bǔ)償用戶母線上的無功功率，這是通過連續(xù)調(diào)節(jié)其自身無功功率來實(shí)現(xiàn)的。用QS表示系統(tǒng)總無功功率，QF為用戶負(fù)荷的無功功率，QL為晶閘管控制電抗器（以下簡(jiǎn)稱TCR）的無功功率，QC為電容器無功功率，上述平衡過程可以用如下公式來表達(dá)：

QS=QF+QL-QC=常數(shù)=0

圖1 無功補(bǔ)償原理示意圖

如圖1所示，A為系統(tǒng)工作點(diǎn)。負(fù)荷工作時(shí)產(chǎn)生感性無功QF，補(bǔ)償裝置中的電容器組提供固定的容性無功QC，一般情況下后者大于前者，多余的容性無功由TCR平衡。當(dāng)用戶負(fù)荷QF變化時(shí)，SVC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)TCR電流從而改變QL值以跟蹤，實(shí)時(shí)抵消負(fù)荷無功，動(dòng)態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡。

3 工程概況

3.1 工程背景

廣西電網(wǎng)梧州變電站屬于南方電網(wǎng)的樞紐變電站，作為南方電網(wǎng)的振蕩中心，是治理低頻振蕩的有效地點(diǎn)。在梧州變電站加裝靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置是加強(qiáng)西電東送通道電壓支撐能力，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的有效手段。

3.2 技術(shù)參數(shù)

主變壓器參數(shù)

型式：?jiǎn)蜗嘧择钣休d調(diào)壓變壓器

額定容量：250/250/80MVA

接線型式：YN,a0,d11

阻抗電壓：UK1-2=12%, UK1-3=40%, UK2-3=25%

系統(tǒng)額定電壓：35kV

系統(tǒng)最高電壓：40.5kV

系統(tǒng)接線方式：不接地

系統(tǒng)額定頻率：50Hz ±5

靜止無功補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)系統(tǒng)短路水平40kA(有效值)。

系統(tǒng)短路容量（未考慮SVC）見表1。

表1

全波雷電沖擊電壓(1.2/50μs)BIL: 220kV(峰值)

工頻1分鐘耐受電壓：85kV(峰值)

環(huán)境條件

如表2所示。

4. SVC的制造

4.1 SVC設(shè)備的組成

根據(jù)南方電網(wǎng)梧州變電站對(duì)SVC的技術(shù)要求，榮信電力電子股份有限公司提供SVC一套。

由晶閘管相控電抗器（Thyristor Controlled Reactor-TCR）和高次諧波濾波器（Filter capacitor-FC）兩部分組成。

表2

主要設(shè)備包括：全數(shù)字控制系統(tǒng)、晶閘管閥組、相控電抗器、TCR控制采樣用電流互感器、TCR故障自診斷系統(tǒng)、濾波電抗器、濾波電容器組、電容器組架、氧化鋅避雷器、差流互感器等。

SVC組成電路圖，如圖2所示。

圖2 SVC組成電路圖

如圖1所示，晶閘管閥組與SVC每相的電抗器串聯(lián)，用于控制電抗器(Thyristor Controlled Reactor—TCR),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。TCR與可投切的并聯(lián)電容器組組合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。

4.2 SVC全數(shù)字控制系統(tǒng)組成

SVC控制系統(tǒng)由控制柜、脈沖柜和功率單元三部分組成?？刂乒癫杉F(xiàn)場(chǎng)的電壓、電流信號(hào)，計(jì)算處理后發(fā)出觸發(fā)脈沖，同時(shí)監(jiān)測(cè)晶閘管運(yùn)行狀況。脈沖柜將觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換為符合要求的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。功率單元由晶閘管、阻容吸收、熱管散熱器、脈沖變壓器、BOD板和擊穿檢測(cè)板六部分組成，串入電抗器回路，在脈沖信號(hào)控制下操縱晶閘管通斷，使電抗器流過預(yù)期的補(bǔ)償電流。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3。

4.2.1 觸發(fā)方式

采用了國際先進(jìn)水平的光觸發(fā)方式。光觸發(fā)晶閘管是一種為高壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)開發(fā)的高壓大功率的集成器件，通過特殊的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)，在器件的內(nèi)部集成了光敏觸發(fā)區(qū)、內(nèi)部過壓保護(hù)器和內(nèi)置保護(hù)電阻，使其具有正向恢復(fù)和dv/dt的保護(hù)功能，特別適用于高電壓和串聯(lián)應(yīng)用。

4.2.1.1 光觸發(fā)晶閘管（Light Triggered Thyristor-LTT）外形及結(jié)構(gòu)圖，如圖4。

圖4 光觸發(fā)晶閘管外形及結(jié)構(gòu)圖

4.2.1.2 光觸發(fā)晶閘管(LTT)與電觸發(fā)晶閘管(ETT)相比，觸發(fā)方式上具有優(yōu)點(diǎn)如下：

光脈沖觸發(fā)是采用激光信號(hào)觸發(fā)，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾性能。

圖3 SVC控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖

LTT門極觸發(fā)功耗低（40mW），而ETT需要數(shù)瓦的大功率門脈沖。

LTT光纜具有良好的信號(hào)傳輸性能，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，且電隔離性好，能更好的適應(yīng)高壓區(qū)的信號(hào)傳輸，而ETT傳輸距離較短。

光控晶閘管觸發(fā)回路簡(jiǎn)單。

4.3 高次諧波濾波器（Filter capacitor-FC）的組成

FC由電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合成3個(gè)濾波器支路的“無源型”交流濾波裝置。該裝置和諧波源并聯(lián)運(yùn)行。這種方式以濾波和無功補(bǔ)償兼顧的方式，以濾波為主?？梢詾V除由于用電設(shè)備在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生諧波污染，保證公共母線和電網(wǎng)電能質(zhì)量；同時(shí)實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償；提高功率因數(shù)，減少無功的遠(yuǎn)距離輸送，降低線損；達(dá)到節(jié)能降損的目的。

我們的濾波裝置主要是濾除5、7和11次諧波。

4.4 SVC的監(jiān)控系統(tǒng)

SVC監(jiān)控系統(tǒng)可以方便、直觀的查看SVC設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、曲線、歷史記錄、故障記錄等，支持網(wǎng)絡(luò)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

可以監(jiān)控的數(shù)據(jù)包括：

①SVC設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)備的運(yùn)行設(shè)置參數(shù)。

②故障報(bào)警，可控硅狀態(tài)監(jiān)視。

③查詢歷史數(shù)據(jù)和歷史故障記錄。

④功率因數(shù)小時(shí)、日、月、年度的統(tǒng)計(jì)。

SVC監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

5 系統(tǒng)測(cè)試及試驗(yàn)

5.1 控制系統(tǒng)測(cè)試

由中國超高壓輸電公司、中國南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心和我公司共同使用數(shù)字實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，對(duì)SVC的控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行功能和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)見表3。該技術(shù)指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20298-2006《靜止型無功功率補(bǔ)償裝置（SVC）功能特性》的要求。

圖5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及SVC監(jiān)控系統(tǒng)各模塊示意圖

5.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20297-2006《靜止型無功功率補(bǔ)償裝置（SVC）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)》的規(guī)定進(jìn)行了SVC現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 驗(yàn)收

考核點(diǎn)為35kV,順利地通過國家電網(wǎng)公司組織的驗(yàn)收。

(1)注入35kV母線的諧波電流值，滿足GB/T14549-93《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

(2)去除背景諧波電壓后，電壓諧波總畸變率≤4%，滿足GB/T14549-93《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波》的要求。

(3)去除背景電壓波動(dòng)后，電壓波動(dòng)≤2%，滿足GB 12326-2000《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》的要求。

(4)月平均功率因數(shù)在0.95~1之間（不等于1）。符合GB50052－95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

7 結(jié)束語

該SVC于2009年5月成功投運(yùn)，運(yùn)行狀態(tài)良好。

梧州變電站為500kV變電站，屬于南方電網(wǎng)系統(tǒng)的樞紐變電站。我公司210Mvar容量SVC投入運(yùn)行后，將大大提高梧州地區(qū)乃至南方電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，促進(jìn)電網(wǎng)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

該項(xiàng)目是我公司繼采用SVC來解決串補(bǔ)線路遠(yuǎn)距離輸送電力發(fā)生的次同步諧振問題，保證發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組可靠穩(wěn)定運(yùn)行，這一世界性難題后的又一重大突破，為SVC產(chǎn)品開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

1. GB/T 20297-2006靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) [S].國家技術(shù)監(jiān)督局，北京，2006.

2. GB/T20298-2006靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)功能特性 [S].國家技術(shù)監(jiān)督局，北京，2006.

3. 500kV梧州變電站加裝SVC工程技術(shù)協(xié)議[R].榮信電力電子股份有限公司，鞍山，2008

表3