变电站10kV动态无功补偿装置的研究..doc

变电站10kV动态无功补偿装置的研究 摘要： 电力系统中的冲击性负荷会对电网造成的电压波动、电压闪变及谐波等电能质量问题，可控硅动态无功补偿装置SVC利用晶闸管可控硅的开关原理，瞬时地改变无功功率，用以补偿或吸收负载所需的无功。低压动态无功补偿装置国内研究已经较为广泛，但10kV的动态无功补偿装置目前研究较少。本文将FC+TCR 型的电容-电感型动态无功补偿装置用于 10kv 的动态无功补偿。在电力系统冲击型负荷较大的趋势下，可控硅动态无功补偿装置可以改善对10kV母线电压的影响状况。 　　关键词: SVC;TCR;FC;无功补偿;10kV 　　1 引言 　　 随着我国现代化建设的发展，对电力的需求日益增加，近年来，我国电网正朝着大容量、高电压的方向发展，从单一的地方小电网逐渐发展成为大区域联网的系统，取得了巨大的经济优势。同时，大容量、大规模电力系统所面临的问题也日益突出，电力系统稳定性一旦遭到破坏，必将造成巨大的经济损失和灾难性的后果[1-2]。电力系统的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备;如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机、医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。 　　　在实际应用中，根据负荷变化的需要，电容器分组投入或切除，即使用开关设备如接触器分级地调节无功功率。其中10kV无功补偿装置目前主要采用整组投入，此种方法使用中不灵活，损耗大[3-4]。因此，开发动态的无功补偿装置必将成为此领域的发展趋势。可控硅动态无功补偿装置 SVC(Static　Var　Compensator)利用晶闸管可控硅的开关原理，瞬时地改变无功功率，用以补偿或吸收负载所需的无功。它的最大特点是可以连续地调节无功功率的输出，达到无冲击补偿。由于能实现无冲击补偿，可控硅动态无功补偿装置能避免普通电容器投切时所引起的系统谐振，提高电能质量[5-6]。低压动态无功补偿装置在国内已有多个厂家开发成功并运用于生产，但10kV的动态无功补偿装置在国内尚未有成功运行案例。 　　　目前，10kV无功补偿装置均采用整组投入或切出，不能灵活调节。本文研究了采用FC+TCR 型无功补偿装置进行稳定电压，避免了电力系统冲击型负荷对电能质量的影响。 　　2 SVC无功补偿的基本原理 　　　SVC指使用晶闸管的静止型动态无功补偿装置，SVC 的补偿原理是通过控制晶闸管触发角，改变接入系统中的 SVC等效电纳的大小，从而使SVC 达到调节无功功率的目的。采用晶闸管控制的静止无功补偿装置根据晶闸管控制对象主要可以分为晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管控制电抗器(TCR)，以及混合式(TCR+TSC)等类型。 　　　SVC的补偿原理是通过控制晶闸管触发角，改变接入系统中的SVC等效电纳的大小，从而使SVC达到动态调节无功功率的目的。TCR晶闸管控制电抗器的电流波形和接线图如图1所示。Th1、Th2为两个反并联的晶闸管，分别在电源电压波的两个半周内导通,控制触发角α在90°~180°范围内调节。 　　　90°时产生的感性无功最大，180°时产生的感性无功为零。由于电抗器是纯感性负荷,因此电流滞后电压90°，产生了感性无功。TCR相控电抗器由晶闸管的阀串和电抗器串联构成，三相接线形式大都采用三角形连接。另外工程实际中当容量较大时将电抗器分为等容量的两部分，串接在晶闸管阀串的两端，这样可使得晶闸管在电抗器损坏时得到额外的保护。 　　　由于单独的TCR只能吸收感性的无功功率，因此往往与并联电容器配合使用，使得总的无功功率为与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率，因而可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。在 FC+TCR 中，电容器容量为负载所需要的无功总容量，而电感为可变电感。 　　　当晶闸管全导通时，电感支路相当于一个纯电感，消耗最大无功功率。SVC系统输出最小无功功率。此时晶闸管的导通角为零。如果增大导通角,电感支路的电流就减小，此时电流呈现间断性。当电感支路为完全断开，电感支路吸收零无功，SVC补偿系统输出最大无功功率。这样，通过改变晶闸管的导通角就可以连续调节无功功率。 　　3 电容-电感型动态无功补偿装置 　　3.1 基本原理介绍 　　　电容-电感型动态无功补偿装置的控制基本原理如图3 所示。包括四个部分： 　　1)TCR 基波电流参考值计算;即根据装置的无功电流(或功率)需求，计算其中的TCR基波电流(或功率或电抗)参考值，如果装置的参考输入为无功电流需求，实时测得 FC 支路的电流有效值，则 TCR 支路电流的参考值即为前者减去后者。 　　2)触发延迟角计算，即根据TCR 的无功