靜止無功補償裝置STATCOM的運行及注意事項

劉海濤

摘 要：目前±200Mvar STATCOM項目已在500 kV東莞站投運，并處于試運行階段。STATCOM作為新一代動態無功補償裝置，在運行、維護方面的經驗相對缺乏，但因其特有的優點，使其成為未來電力系統無功補償發展的方向。做好STATCOM裝置的的運行、管理，是試運行階段的重要項目。介紹了靜止無功補償裝置STATCOM的基本結構，介紹了STATCOM裝置的運行模式及控制策略；對試運行階段的經驗進行歸納，為STATCOM在電網中的應用提供了參考。

關鍵詞：無功功率補償 靜止無功補償裝置STATCOM 運行

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0087-02

STATCOM的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。目前±200Mvar STATCOM項目已在500kV東莞站投運，并處于試運行階段。STATCOM作為新一代動態無功補償裝置，在運行、維護方面的經驗相對缺乏，但因其特有的優點，使其成為未來電力系統無功補償發展的方向。做好STATCOM裝置的運行、管理，是試運行階段的重要項目。

1 靜止無功補償裝置STATCOM的介紹

STATCOM設備包括連接電抗器和閥組，控制系統以及供電系統。500 kV東莞站STATCOM閥組由兩套±100Mvar STATCOM組成，每套STATCOM由3個換流鏈和3套水冷系統組成。其中每個變流鏈均由26個閥組單元串聯而成。

STATCOM采用集裝箱方式，減小了占地面積。它包括6個閥組集裝箱和一個控制集裝箱。STATCOM的控制系統主要有系統監控柜、系統控制柜、裝置控制柜（2面）和脈沖柜（6面）組成。控制系統中每種柜體的主要功能如下：

監控柜：主要是監控系統及與外界的通信。

系統控制柜：主要負責系統控制部分的算法，斷路器和水冷系統的控制以及啟停邏輯。

裝置控制柜：主要負責STATCOM的控制算法，其指令來自于系統控制柜以及STATCOM本體的保護。

脈沖柜：主要是完成直流電壓平衡算法，將每個單元的調制波發送給閥組的單元主控板。

2 STATCOM裝置的啟停

STATCOM能夠輸出交流電壓的前提是直流側具有電壓，所以直流電壓是STATCOM運行的前提條件。

東莞站STATCOM采用他勵方式進行啟動。首先STATCOM二次電源通過隔離變壓器給直流電容充電，當充電電壓達到閾值時，控制系統發出合閘允許信號，此時在監控后臺合上斷路器，直流電容充電工作完成。在監控后臺發出解鎖命令后，STATCOM發出觸發脈沖，STATCOM輸出無功按指定的方式運行，啟動工作結束。在這過程中充電是關鍵的一步，因為如果直流電容沒有充電，合上斷路器會有非常大的沖擊電流。

STATCOM退出時，應先閉鎖脈沖（此時STATCOM幾乎沒有電流），然后斷開斷路器，此時STATCOM進入直流電容放電階段，放電完畢后處于熱備用狀態。在這過程中應該注意直流電容放電過程，如果需要檢修應先確認直流電壓是否安全。

由于STATCOM不同于常規的設備，當STATCOM閉鎖后沒有電流，而且動作速度非常快（微秒級）。從而STATCOM保護具有兩種類型：一種是STATCOM僅閉鎖，開關不斷開；另一種是閉鎖，跳開關。大部分STATCOM保護均是閉鎖，當故障消失后可以迅速解鎖，然后STATCOM繼續運行。嚴重故障時STATCOM才進行跳開關保護。對于具有旁路功能的STATCOM又多一種運行模式：單元旁路運行。由于鏈式STATCOM是多個功率模塊串聯組成，當某個功率模塊故障時，可以將其旁路，其他模塊可以繼續運行，待檢修時將故障模塊進行檢修即可。

3 STATCOM裝置的控制模式

穩態調壓模式是穩態控制模式之一，STATCOM根據系統的電壓變化自動調節無功輸出，以減少系統的電壓波動。在穩態調壓模式時，STATCOM輸出最大輸出的容性無功和最大輸出的感性無功分別為50Mvar，只有當暫態情況下才把輸出容量放開，東莞站短路容量較大，以15300MVA為例，當穩態時最大無功對電壓影響程度小于0.8 kV，當STATCOM輸出200Mvar時對電網的影響程度小于3 kV，所以單臺STATCOM對電網影響很小。根據系統調試的情況來看，STATCOM滿發200MVA無功時，220 kV側母線大約有3～4 kV的變化，500 kV側母線大約有2～3 kV的變化。

穩態恒無功模式，STATCOM向系統注入恒定的無功功率（50Mvar限幅）。（注意：無功輸出是恒定不變的，但裝置輸出的電流是時刻變化的，因為母線電壓是時刻變化的。）

暫態控制模式，該模式的主要功能是為系統提供極快速的無功電壓支撐。進入該模式后STATCOM限幅放開，此時STATCOM可以滿容量輸出。該模式主要針對以下兩類情況：

（1）系統發生大擾動，系統電壓發生快速波動。

（2）系統發生接地故障，系統電壓發生快速大幅度跌落。

STATCOM作為快速無功調節的手段需要和其他無功設備配合才能充分發揮其作用。考慮到500 kV東莞變電站內已經有12組電容器（每組40Mvar）和11組電抗器（每組45Mvar），這些無功設備基本滿足平時調壓需求。根據東莞站的實際情況，設計STATCOM的運行方式如下：

（1）以部分無功容量參與日常調壓，減小電壓的波動。

（2）監測站內無功設備剩余情況，當電抗器或電容器均投入后，STATCOM放開部分限幅，讓更多的容量參與日常調壓。endprint

（3）當STATCOM檢測到電壓變化率較大或電網電壓較低時，STATCOM將全部容量放開進行電壓支撐。

（4）當站內電容（電感）全投時，若STATCOM按照50MVA的限幅時仍不能將電壓穩定在目標電壓附近，則STATCOM將限幅打開至100MVA，增大其無功輸出容量，以達到穩定電壓的目的。

4 STATCOM裝置運行注意事項

（1）東莞站STATCOM采用他勵方式進行啟動，STATCOM能夠輸出交流電壓的前提是直流側具有電壓，所以直流電壓是STATCOM運行的前提條件。另外，380 V電壓消失將導致水冷系統水泵立即停止，并且STATCOM跳閘（跳開381、382），同時380V電源失電后，STATCOM UPS電源和直流蓄電池啟動，可以保證STATCOM安全停機。為保證電源連續、可靠運行，控制柜電源開關采用ATS（Automatic Transfer Switch自動切換開關），ATS主要用在緊急供電系統，將負載電路從一個電源自動切換至另一個電源的開關。ATS一路電源接#3站用變，另一路電源接#0站用變，#0站用變由站外電源供電。#3站用變的380V電源為STATCOM裝置的專用電源，#0站用變為備用電源，當#3站用變的380V側失壓，ATS裝置自動切換到由#0站用變提供電源。380 V電源為STATCOM水冷系統、控制系統、#8變有載調壓裝置和381、382間隔斷路器、隔離開關等電氣設備提供低壓交流電源。

（2）裝置控制屏每次上電時，都將控制策略下傳到脈沖柜，由脈沖柜暫時保存策略。由于裝置控制屏只在上電時發送唯一一次控制策略，而脈沖柜斷電后，不保存控制策略。所以，每次送電時，在合上斷路器前，須將脈沖柜上電，然后將裝置控制屏重新上電，使其重新下傳控制策略。

（3）現時STATCOM裝置處于穩態恒電壓控制模式，STATCOM裝置根據當前電壓值與整定電壓值的高低，自動調節發出容性無功或感性無功。但由于變電站目前的電壓調節手段主要依靠電容器組或電抗器組，所以，可能出現電容器組投入的情況下，STATCOM發出感性無功這類矛盾情況。例如，當前目標電壓為220 kV母線電壓值為231 kV，但由于系統電壓要求，須投入電容器組，使母線電壓維持在233 kV。此時，由于母線電壓比目標電壓高2 kV，STATCOM裝置發出感性無功。解決辦法是，重新對目標電壓值進行整定，并對站內無功設備進行更嚴格的管理。

5 結語

STATCOM從功能上是可以代替站內的電容器和電抗器。但目前STATCOM造價昂貴，技術尚未成熟，運行成本高，因此主要用于系統故障時提供毫秒級的無功支撐，它的容量主要作為動態的無功儲備使用的。如果將來STATCOM造價低廉，完全可以代替電容器和電抗器。

參考文獻

[1] 百MVA級鏈式靜止無功補償器（STATCOM）研制[S].技術規范.

[2] 百MVA級鏈式靜止無功補償器（STATCOM）使用說明書[S].endprint