10 kv静止无功补偿器设计与研制

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1、10kV静止无功补偿器的设计与研制张海波1,陈建业1,刘艳村2,逯　帅1,王赞基11.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084；2.广东顺德特种变压器厂，广东顺德520083摘要：随着电网互联的发展和负荷密度的增加，提高电力系统运行稳定性和电压质量的要求日益迫切。电力电子技术的发展使得静止无功补偿装置（SVC）在该领域发挥了巨大的作用。文中对TCR+TSC型SVC样机的设计进行了详细的介绍，分别讨论了主电路、控制系统、监测系统等部分的原理与设计。运行试验的结果表明，样机设计效果良好。0　前言　　电力系统的互联和远距离、大容量输电已成为电力工业发展的

2、一个重要趋势。随着负荷用电密度的增加和区域电网互联的发展，最大限度地发挥输电线路的设计容量和提高系统运行稳定性的问题日益突出；在配电系统中，大功率冲击性负荷和不平衡负荷的影响也日益严重，造成了系统电压波动，影响了其他电气设备的正常运行和用电的经济性。静止无功补偿器（SVC）作为70年代发展起来的一种并联无功补偿装置，在国内外的输配电系统中有着十分广泛的应用，目前在世界范围内已有超过500套装置投入运行，对电力系统电压稳定和改善电能质量起到了明显的作用。1　SVC的用途　　SVC是一种由电容器和各种类型的电抗器组成的无功补偿装置，用电子开关来实现无功功率的快

3、速平滑控制。SVC的应用可以分为2个方面：系统补偿和负荷补偿。　　当作为系统补偿时，他的作用主要有：维持输电线路上节点的电压，减小线路上因为功率流动变化造成的电压波动，并提高输电线路有功功率的传输容量和电网的静态稳定性；在网络故障情况下，快速稳定电压，维持线路输电能力，提高电网的暂态稳定性；增加系统的阻尼，抑制电网的功率振荡；在输电线路末端进行无功功率补偿和电压支持，提高电压稳定性等等。　　当作为负荷补偿时，SVC的作用有：抑制负荷变化造成的电压波动和闪变；补偿负荷所需要的无功电流，改善功率因数，优化电网的能量流动；补偿有功和无功负荷的不平衡。　　基于以

4、上作用，SVC除了应用于互联电网的高压输电线路外，还广泛地应用于高压直流输电（HVDC）换流站的无功补偿和抑制电弧炉等大型冲击负荷造成的闪变和电压波动。因此，研制和开发容量大、响应速度快、调节灵活、经济性好、维护方便的SVC对电力系统的发展具有重要意义。本文对最近由清华大学与广东顺德特种变压器厂联合开发的SVC样机的结构和设计原理进行比较全面的介绍，主要包括主电路、控制系统、监测系统、水冷系统、保护系统等部分的设计开发，最后给出了现场试验的结果。2　SVC原理及样机开发2.1　SVC的运行原理　　本文所讨论的静止无功补偿装置是由晶闸管控制的电抗器（TCR

5、）和晶闸管投切的电容器（TSC）所构成的混合型SVC，其拓扑结构见图1。图1　TCR+TSC型SVC的拓扑结构　　TCR＋TSC型SVC主要由TCR、TSC、降压变压器、滤波器组和控制系统组成。其基本功能是控制系统根据指定的控制策略,通过触发晶闸管阀适当地投切电容器组，并控制电抗器的电流，调节补偿器输出的无功功率，来控制补偿器与电网连接点的电压。其电压电流特性见图2。图2　SVC的电压电流特性　　在实际的应用中，SVC的电压电流特性并不设计成理想的水平线，而是有一定的倾斜。这样做，一方面可以增大补偿器的运行范围，因为在补偿器输出容性无功时，连接点电压可以

6、比无载（输出的无功功率为零，常将这一点的电压设为参考电压即图2中的U0）时低，而在补偿器输出感性无功时，连接点电压可以高一些，对SVC的容量要求可以小一些，兼顾了补偿器的容量和电压水平恒定的要求；另一方面，由于呈现正电阻特性，改善了并联的静止补偿器之间或与其他发电机等电压控制设备之间的电流分配。　　作为一个完整的设备，除了主电路和控制系统以外，SVC还要具有监测、水冷、保护等子系统才能正常运行。这些都是样机的设计开发中不可或缺的有机组成部分。　　　　2.2　主电路2.2.1　晶闸管的保护与触发　　晶闸管阀是主电路中最重要的部分，在SVC中采用的是反并联

7、晶闸管对串联的结构。由于电力电子器件的价格昂贵，而且工作时频繁地承受着高电压、大电流的冲击，所以很容易损坏。因此，对晶闸管的保护十分重要。在样机所使用的晶闸管串上，配备了RC缓冲吸收电路、BOD（转折二极管）以及均压电阻对其加以保护。　　由于电压等级较高，需要多个晶闸管串联使用，因此采取必要的措施保证器件同时导通是正常工作的关键。图3表示的是晶闸管的触发电路，给出了晶闸管末级触发和信号反馈的原理。事实上，该触发电路分为2个部分，首先是将触发光信号转化为大电流信号，送到脉冲变压器的初级侧，同时，脉冲变压器次级输出去触发每个晶闸管。由于同串同向阀体中的所有脉冲变

8、压器采用一个公共的初级，这样就确保了导