晶闸管串联调压电容无功补偿装置及其应用李颖;张鸽梅【摘要】提出了一种晶闸管开关控制的电容无功补偿装置.介绍了该装置的原理及其特点,提出了换级控制方法,并且自制了小容量装置,对无功调节特性和换级控制的暂态特性进行了测试,对装置的应用和方法比较进行了分析.测试结果表明,该装置调节无功原理正确,换级控制暂态性能良好,和其它方法相比较,综合工程造价低,在电网中有广泛应用前景.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2010(000)007【总页数】3页(P78-80)【关键词】无功补偿;晶闸管开关装置;串联调压;换级控制;输电能力【作者】李颖;张鸽梅【作者单位】贵阳供电局,贵州,贵阳,550002;贵阳供电局,贵州,贵阳,550002【正文语种】中文【中图分类】TM461.40 引言随着电网的建立和发展,当前国内用得最多的无功补偿装置是机械开关投切电容器组(MSC).国内外研制发展并推广应用了多种基于晶闸管控制的动态无功补偿装置,例如晶闸管控制电抗器(TCR),晶闸管开关过零投切电容器组(TSC),基于逆变原理的静止无功发生器(SVG或STATCOM),还有磁控电抗器.但这些补偿装置均存在一定的问题.例如MSC虽然投资较省,但不能频繁快速调节;TSC,TCR,SVG虽然能快速动态补偿,但它们的单位造价都比较昂贵.以上这些装置还有一个特点,作为调节器的真空断路器或者晶闸管装置都直接承受接入母线的网络电压(TCR)或2倍网络电压(MSC,TSC,SVG),不仅增加装置成本,而且装置能直接接入的工作母线电压均受到一定限制.由此产生的问题是装置所接的工作母线电压不高,TCR,TSC,STATCOM所接的最高母线电压在国内分别是35 kV,10 kV,4 kV,要应用于220～500 kV变电站,其主变压器需设计有第3绕组,甚至还需加装中间变压器以降压接入补偿装置;晶闸管装置作为调节器件接于主电路上,断态时承受电压较高,所需晶闸管工作容量较大,晶闸管工作电压高,触发系统成本也高.降低晶闸管工作电压、提高装置直接接入母线的允许电压水平,且不过多增加装置的附属设备,是降低补偿装置综合工程造价的重要途径之一.为此提出了一种新型的快速无功补偿装置.1 改进CKY装置原理及特点图1 改进CKY接线该装置是对俄式晶闸管串联调压无功补偿装置(CKY)的一种改进[1],故简称改进CKY装置.改进CKY原理接线如图1所示.TB是一个辅助变压器,它的1次绕组直接接于电网母线,电容器组串接于电网母线和TB 2次绕组之间,TB 2次绕组可通过晶闸管开关装置VT改变等效匝数,改变 TB变比K,从而改变TB 2次绕组所产生的附加电势Δ·E,进而改变电容器C的端电压·UC和装置发出的无功QC.设U为电网母线电压;XC为电容器组容抗.据分析推证[2],装置发出的无功为:可看出,调节改变TB变比K可改变装置发出的无功QC.若取UN和QCN=U2N/XC为基准值,近似认为U=UN,则装置发出无功标么值为:当K在0～1间变化时 ,据式(2)可得如图 2所示装置电容无功调节特性 .由图2可见,装置无功调节线性度较好,装置无功调节范围和K的变化范围有关,K的变化范围越大,QC的调节范围越宽;当K=0～1.0时 ,电容无功调节范围为QC=(0～1.0)QCN,这是最理想的.但研究表明,K max越大,晶闸管工作电压升高,所需晶闸管容量大,经济性能降低.K max一般取0.6～0.7之间较合适,例如,K max=0.646,则QC在(0.125～1.0)QCN之间可调.图2 装置无功调节特性改进CKY一相具体接线如图3所示,A1～A8表示晶闸管开关,其通断组合可使TB 2次调节绕组(匝数为w21,w22)正接、反接或不接,从而改变TB 2次绕组等效匝数.如图4所示,改进CKY同一TB 2个2次绕组和2个不同容量的电容器组(C1,C2)构成的多级接线,C1,V T1构成3～8级的大组,VT2和C2同样构成5～8级的小组,小组的容量只是大组的1级容量,这样可构成15～64级.改进CKY具有快速性和频繁调节性,换级调节时基本无冲击电流,调节级数高达60多级,无功补偿及调压精度高.与国内其它快速动态无功补偿装置[3]相比较,其最大特点是晶闸管工作电压低,仅为接入母线电压的20%左右,而其它装置的工作电压为接入母线电压的1～2倍.根据我国晶闸管串联电压级数水平(已达35 kV),改进CKY 不仅可直接接于10～35 kV(Δ接),还可直接接于110 kV和220 kV母线(Y0接). 改进CKY的另一特点是运行时无高次谐波,只有1组电容器,只用1个断路器构成1个回路(在最小级投入时,对电网无冲击).较之于多回路的其它补偿装置,减少了组成设备的个数,节约了占地,也有利于降低工程造价.2 改进CKY装置换级控制特性换级时先撤掉前级导通晶闸管开关的控制脉冲,即前级晶闸管开关在电流过零时自然断开,再选取适当时刻接入下一级待通晶闸管开关,以确保换级时冲击电流极小,晶闸管断态电压不高.单相换级过程的等效电路如图5所示,图5中,e1(t)为电网电势;Δe(t)为 TB 2次绕组所产生的附加电势;VT为前级晶闸管开关断开后新级的待通晶闸管开关.晶闸管电流过零断开时,电容电压uC(t)=UC(0)=±E′m,E′m 为换级前回路电势e′(t)的幅值,e′(t)=e1(t)-Δe′(t)新级待通晶闸管开关的电压大小|UT|=|e(t)-UC(0)|,e(t)=e1(t)-Δe(t).图5 换级过程等效换级前后电势、电流变化如图6所示.图6 量比a.降级调节 .降级时Δ·E上升,降级后回路电势e(t)小于换级前回路电势e′(t),其电势、电流波形如图6a所示.i′(t)为换级前电流,i(t)为换级后电流.从图6a看出,当前级导通晶闸管电流过零自然断开后,加在待通晶闸管开关的两端电压|U T|=|e(t)-UC(0)|逐渐增大 ,最大值=Em+E′m.若前级导通管电流过零断开后,立即接入新级待通晶闸管,此时晶闸管两端电压最低,引起的冲击电流较小,且与级差电势大小有关.虽然待通晶闸管开关接入时,UT不等于零,有一定冲击电流,但新级工作电流下降,总电流并不超出最大工作电流很多.因此降级调节时,当前级导通管电流过零断开后,立即接入下一级待通管.b.升级调节.升级后回路电势e(t)大于换级前回路电势e′(t).其电势、电流波形如图6b所示.从图6b可见,在1/4工频周期内,必有UT=e(t)-UC(0)=0的点 ,可采用过零接入方式,即前级晶闸管电流过零断开后,向下一级待通晶闸管发出控制脉冲,经过小于1/4工频周期后,在t1时刻待通晶闸管两端电压过零时自动接入.这种调节方式可一步到位,是系统电压急剧下降时大量补充无功之需.3 结束语周孝信提出[4],在2010年后,采用灵活交电输电技术,远距离500 kV线路传输功率要求达到100～150 kW·h.提高500～750 kV线路的输电能力最实用化的技术,是高压输电线路的可控串补.研究表明,当500 kV线路传输功率超过120 kW·h时,线路将消耗大量无功,引起母线电压降低,又反过来降低线路功率极限,影响安全稳定.改进CKY装置是一种新型快速无功补偿装置,能动态调节电压和动态无功补偿,能进行非对称补偿,也可考虑滤波,能更好地保证电压质量和降低网损,能有效地防止电压崩溃[5].具有与其它快速补偿装置相同的技术性能,运行时不产生高次谐波,可实现20～60级调节;采用合适的控制方法,投入和换级时冲击电流小;试验证明无功调节原理正确,暂态性能好;由于改进CKY晶闸管工作电压低,可直接接于35 kV,110 kV 和220 kV母线上,接入母线和被控母线间电抗小,接入母线电压波动小,较容易维持被控母线电压一定值;其组成设备少,较之其它动态无功补偿装置工程综合造价低[6].改进CKY装置用于超高压输电系统时,高压母线调压效果好,是提高线路输电能力十分理想的必配设备.参考文献:[1] 李民族,李秦伟.晶闸管串联调压电容无功补偿方法[J].电力电子技术,2000,(1):21-24.[2] 李民族,李颖,刘景远,等.新型电容无功补偿方法和接线[J].电网技术,2004,16(28):64-68.[3] 戴朝波,雷林绪,林海雪.晶闸管投切电容无功补偿角形接线方案的研究[J].电工技术杂志,2001,(3):5-7.[4] 周孝信,郭剑波,胡学浩.提高500 kV线路输电能力的实用化技术和措施[J].电网技术,2001,25(3):1-6.[5] 高航,陈希正,许沛丰.ASVG工业化装置在电力系统中的应用[J].中国电力,2000,33(2):33-35.[6] 牟宪明,王建,纪延超,等.可控电抗器现状及其发展[J].电气应用,2006,25(4):1-4.。
