晶閘管變壓式電容無功補償方法的研究.pdf

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1、第35卷第2期東北電力大學(xué)學(xué)報Vo1．35．No．22015年4月JournalOfNortheastDianiiUniversityApt．，2015文章編號：1005—2992(2015)02—0023—05晶閘管變壓式電容無功補償方法的研究王建元，馬雪珂(東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要：提出了一種通過晶閘管開關(guān)裝置直接調(diào)節(jié)電容器兩端電壓以調(diào)節(jié)電容無功功率的方法和相應(yīng)的原理及接線。同時提出了換級控制方法，分析了故障時產(chǎn)生的斷態(tài)過電壓，采用氧化鋅壓敏電阻過壓保護后，重新對斷態(tài)過電壓進行了仿真。結(jié)果表明：補償裝置能多級、大范圍調(diào)節(jié)容性無功，較之于

2、其它快速補償裝置綜合工程造價低，有望用于高壓電網(wǎng)；裝置故障時，會出現(xiàn)嚴(yán)重過電壓，若過壓保護動作后可使斷態(tài)電壓降低到允許范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：變壓式電容無功補償；晶閘管開關(guān)裝置；換級調(diào)節(jié)；斷態(tài)過電壓；壓敏電阻中圖分類號：TM726文獻標(biāo)識碼：A電容無功補償裝置是電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)絡(luò)及電力用戶廣泛應(yīng)用的裝置。它不僅可以提高功率因數(shù)、降低網(wǎng)損、提高電壓質(zhì)量，還可以提高超高壓線路的輸電能力。現(xiàn)行的電容無功補償方法均采用機械開關(guān)或晶閘管開關(guān)投切電容器組來改變運行的電容器容量，以實現(xiàn)無功功率的調(diào)節(jié)。機械開關(guān)投切電容器組(MSC)雖投資較省，但沖擊電流較大，不能快速頻繁操作，只適用于靜態(tài)無

3、功補償和調(diào)壓。晶閘管具有非常快的響應(yīng)速度，從20世紀(jì)7O年代起開始應(yīng)用于交流輸電系統(tǒng)。基于晶閘管開關(guān)控制的動態(tài)無功補償裝置例如：晶閘管控制電抗器(TCR)[2-3J、晶閘管投切電容器組(TSC)[4-63、晶閘管控制電抗器一一固定電容器(TCR+FC)7-1o]、基于逆變原理的靜止無功發(fā)生器(SVG或STAT—COM)?，還有磁控電抗器都能構(gòu)成性能良好的無功電壓調(diào)節(jié)控制裝置。TSC、TCR和SVG雖能實現(xiàn)快速動態(tài)補償，但是它們的單位造價都比較昂貴。以上裝置還有一個特點：晶閘管在斷續(xù)工作方式下直接承受其接人母線的網(wǎng)絡(luò)電壓(TCR)或2倍的網(wǎng)絡(luò)電壓(MSC、TSC、SVG

4、)¨。。。這就帶來了一些問題：裝置所接的母線電壓不宜太高，國內(nèi)TCR、TSC、STATCOM所接的最高母線電壓目前分別是35kV、10kV、4kV，要應(yīng)用于220～500kV變電站，主變壓器需設(shè)計第三繞組，甚至還需要加裝中間變壓器，因此構(gòu)成設(shè)備多，增加了工程綜合造價；晶閘管開關(guān)裝置在主電路上作為調(diào)節(jié)器件，斷態(tài)時承受的電壓較高，所需晶閘管的工作容量較大，而且晶閘管工作電壓高，觸發(fā)系統(tǒng)成本也高。因此，降低晶閘管工作電壓、提高裝置接入的母線電壓允許水平，且不過多增加附屬設(shè)備是減少補償裝置工程造價的重要途徑。文獻[16]提出了一種新型的電容無功功率補償方法一晶閘管變壓式電容無

5、功功率補償，它是對俄羅斯類似CKY裝置¨進行了改進而提出的，即改進CKY。文獻[18]在試驗室進行了改進CKY單相裝置的特性試驗，結(jié)果表明該裝置原理正確，投入和換級暫態(tài)性能良好。在此將補償裝置改造為容量為1800kvar的0kV晶閘管串聯(lián)調(diào)壓電容無功補償裝置，無功調(diào)節(jié)范圍為裝置額定容量的17．7％一102．4％，且能實現(xiàn)13級分級調(diào)節(jié)。并且在故障情況下，對氧化鋅壓敏電阻接人系統(tǒng)前后的晶閘管開關(guān)的斷態(tài)電壓進行了仿真。收稿日期：2014-11-25作者簡介：王建元(1971一)，男，陜西省漢中市人，東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，博士，主要研究方向：計算機在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

6、、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和電能質(zhì)量控制技術(shù)．東北電力大學(xué)學(xué)報第35卷1改進CKY接線方式的工作原理改進CKY接線原理jVLl~tl，裝置的輔助變壓器一次側(cè)繞組直接接于工作母線上，二次繞組與晶閘管開關(guān)裝置和電容器組串聯(lián)后接于同一工作母線。通過改變輔助變壓器二次繞組的等效匝數(shù)以改變變比，同時也改變了變壓器二次繞組的附加電勢，進而改變了電容的電壓，從而調(diào)節(jié)電容發(fā)出的無功功率。電容器發(fā)出的無功為：，r2rQ==(1一，(1)ACAC式(1)中，。為電容器兩端的電壓，為電容器容抗，為工作母線電壓，K為輔助變壓器一、二次繞組的等效匝數(shù)之比。從圖1可看出改進CKY接線方式中

7、晶閘管工作次側(cè)電壓低，控制簡單。本文提出的晶閘管串聯(lián)調(diào)壓電———————————●卜———————一△．容無功補償方法不同于傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電容無功的方圖1補償裝置的原理接線法，通過改變電容器端電壓來大幅度調(diào)節(jié)電容無功。因此晶閘管承受的斷態(tài)電壓較低，顯著減小了所需晶閘管的容量。這種方法的投資成本大大降低，是宜于在高壓電網(wǎng)中普遍使用的一種無功補償方法。2單相10kV改進CKY裝置的參數(shù)設(shè)置改進CKY裝置的單相接線圖如圖2所示。裝置電源電壓uN=10kV；電容器參數(shù)=10kV，ICN=180A，QcⅣ=1800kVar，X。=(500／9)Q，C=0．573u