210Mvar動態(tài)無功補償裝置在南方電網的應用

榮信電力電子股份有限公司 楊建偉

鞍山有線電視臺 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光觸發(fā)晶閘管技術，自行研發(fā)、制造的國內裝機容量最大（210Mvar）的靜止型動態(tài)無功補償裝置（Static Var Compensator—SVC），應用于中國南方電網廣西自治區(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產業(yè)化示范基地，SVC國家標準起草單位，中國電力電子行業(yè)第一家上市公司。產品廣泛應用于鋼廠、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合作，在廣西自治區(qū)梧州變電站（500kV）加裝SVC，容量達210Mvar，是目前中國裝機最大容量的SVC。

2 SVC的原理

SVC又稱為“靜止型動態(tài)無功補償器”，主要用于補償用戶母線上的無功功率，這是通過連續(xù)調節(jié)其自身無功功率來實現(xiàn)的。用QS表示系統(tǒng)總無功功率，QF為用戶負荷的無功功率，QL為晶閘管控制電抗器（以下簡稱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：

QS=QF+QL-QC=常數(shù)=0

圖1 無功補償原理示意圖

如圖1所示，A為系統(tǒng)工作點。負荷工作時產生感性無功QF，補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。當用戶負荷QF變化時，SVC控制系統(tǒng)調節(jié)TCR電流從而改變QL值以跟蹤，實時抵消負荷無功，動態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡。

3 工程概況

3.1 工程背景

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

3.2 技術參數(shù)

主變壓器參數(shù)

型式：單相自耦有載調壓變壓器

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

靜止無功補償裝置安裝地點系統(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設備的組成

根據(jù)南方電網梧州變電站對SVC的技術要求，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),實現(xiàn)動態(tài)無功補償。TCR與可投切的并聯(lián)電容器組組合，實現(xiàn)電網無功功率的連續(xù)調節(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。控制柜采集現(xiàn)場的電壓、電流信號，計算處理后發(fā)出觸發(fā)脈沖，同時監(jiān)測晶閘管運行狀況。脈沖柜將觸發(fā)脈沖轉換為符合要求的脈沖信號，實現(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板和擊穿檢測板六部分組成，串入電抗器回路，在脈沖信號控制下操縱晶閘管通斷，使電抗器流過預期的補償電流。其基本結構框圖如圖3。

4.2.1 觸發(fā)方式

采用了國際先進水平的光觸發(fā)方式。光觸發(fā)晶閘管是一種為高壓應用而設計開發(fā)的高壓大功率的集成器件，通過特殊的結構和工藝設計，在器件的內部集成了光敏觸發(fā)區(qū)、內部過壓保護器和內置保護電阻，使其具有正向恢復和dv/dt的保護功能，特別適用于高電壓和串聯(lián)應用。

4.2.1.1 光觸發(fā)晶閘管（Light Triggered Thyristor-LTT）外形及結構圖，如圖4。

圖4 光觸發(fā)晶閘管外形及結構圖

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)點如下：

光脈沖觸發(fā)是采用激光信號觸發(fā)，具有很強的抗電磁干擾性能。

圖3 SVC控制系統(tǒng)基本結構框圖

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傳輸性能，信號傳輸距離遠，且電隔離性好，能更好的適應高壓區(qū)的信號傳輸，而ETT傳輸距離較短。

光控晶閘管觸發(fā)回路簡單。

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組合成3個濾波器支路的“無源型”交流濾波裝置。該裝置和諧波源并聯(lián)運行。這種方式以濾波和無功補償兼顧的方式，以濾波為主?？梢詾V除由于用電設備在生產過程中產生諧波污染，保證公共母線和電網電能質量；同時實現(xiàn)就地補償；提高功率因數(shù)，減少無功的遠距離輸送，降低線損；達到節(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設備的運行參數(shù)、曲線、歷史記錄、故障記錄等，支持網絡傳輸和遠程監(jiān)控等。

可以監(jiān)控的數(shù)據(jù)包括：

①SVC設備的運行數(shù)據(jù)，設備的運行設置參數(shù)。

②故障報警，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、日、月、年度的統(tǒng)計。

SVC監(jiān)控系統(tǒng)的網絡結構如圖5所示。

5 系統(tǒng)測試及試驗

5.1 控制系統(tǒng)測試

由中國超高壓輸電公司、中國南方電網技術研究中心和我公司共同使用數(shù)字實時仿真系統(tǒng)，對SVC的控制保護系統(tǒng)進行功能和動態(tài)性能測試。達到的技術指標見表3。該技術指標滿足國家標準GB/T20298-2006《靜止型無功功率補償裝置（SVC）功能特性》的要求。

圖5 網絡結構及SVC監(jiān)控系統(tǒng)各模塊示意圖

5.2 現(xiàn)場試驗

依照國家標準GB/T20297-2006《靜止型無功功率補償裝置（SVC）現(xiàn)場試驗》的規(guī)定進行了SVC現(xiàn)場試驗，試驗結果符合標準要求。

6 驗收

考核點為35kV,順利地通過國家電網公司組織的驗收。

(1)注入35kV母線的諧波電流值，滿足GB/T14549-93《電能質量公共電網諧波》標準的規(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《電能質量公共電網諧波》的要求。

(3)去除背景電壓波動后，電壓波動≤2%，滿足GB 12326-2000《電能質量電壓波動和閃變》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)設計規(guī)范》的要求。

7 結束語

該SVC于2009年5月成功投運，運行狀態(tài)良好。

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

該項目是我公司繼采用SVC來解決串補線路遠距離輸送電力發(fā)生的次同步諧振問題，保證發(fā)電廠發(fā)電機組可靠穩(wěn)定運行，這一世界性難題后的又一重大突破，為SVC產品開辟了新的應用領域。

1. GB/T 20297-2006靜止無功補償裝置(SVC)現(xiàn)場試驗 [S].國家技術監(jiān)督局，北京，2006.

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

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

表3