基于磁控電抗器的電壓與無(wú)功補(bǔ)償方案

基于磁控電抗器的電壓與無(wú)功補(bǔ)償方案

1系統(tǒng)電壓不過(guò)高隨著系統(tǒng)負(fù)荷的增加和電壓水平的逐漸提高，對(duì)無(wú)功率的需求也發(fā)生了變化。從最初的補(bǔ)償能力來(lái)看，現(xiàn)在它需要補(bǔ)償能力和無(wú)能力的聲音，并進(jìn)行連續(xù)調(diào)整。特別是在負(fù)荷增加的情況下，我們需要提供更多的容性消耗，以滿足礦山的無(wú)法性要求，穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓。另一方面，我們必須提供功能性的聲音，平衡輕載中的各種電纜的充電功率，確保系統(tǒng)的電壓不過(guò)高。傳統(tǒng)的投切電容器(例如固定電容器、開(kāi)關(guān)投切電容器、晶閘管投切電容器等)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)為維持電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用,但因其補(bǔ)償呈階梯性、無(wú)法同時(shí)提供感性和容性無(wú)功、開(kāi)關(guān)頻繁切換等一些缺點(diǎn),已不再滿足電力系統(tǒng)更高的要求。因此,目前迫切需要能提供感性和容性無(wú)功、并在感性和容性無(wú)功范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的新型無(wú)功補(bǔ)償方案。2無(wú)功補(bǔ)償裝置性能比較針對(duì)已有無(wú)功補(bǔ)償方案暴露的問(wèn)題,人們研制了多種新型無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)投切電容器的不足,如TCT(晶閘管控制高阻抗變壓器)、TCR(晶閘管控制電抗器)、TSC(可控硅投切電容器)、MSR(開(kāi)關(guān)投切電抗器)、SR(自飽和電抗器)、SVG(靜止無(wú)功發(fā)生器)等。表1對(duì)其中的4種與基于磁控電抗器(MagneticallyControlledReactor,MCR)的無(wú)功補(bǔ)償裝置的性能做了比較。由表1不難看出,基于MCR的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有在容性至感性無(wú)功范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)、產(chǎn)生諧波小、易于維護(hù)、成本低等優(yōu)點(diǎn),適合電力系統(tǒng)的發(fā)展要求,具有較好的應(yīng)用前景。3mcr的基本原理MCR是可控電抗器中的一種,其鐵心具有截面積較小的一段,在整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)只有面積較小的一段磁路飽和,其余段均處于未飽和線性狀態(tài),通過(guò)改變小截面段的磁路飽和程度來(lái)改變電抗器的容量。磁控電抗器制造工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,對(duì)于提高電網(wǎng)的輸電能力、調(diào)整電網(wǎng)電壓、補(bǔ)償無(wú)功功率以及限制過(guò)電壓均有巨大的應(yīng)用潛力。(1)MCR電路接線圖及工作原理圖1為MCR的結(jié)構(gòu)圖和電路圖。電抗器的主鐵心分裂為兩半,每一半鐵心的中部都有一個(gè)小截面段。每一半鐵心的上下兩繞組各有一個(gè)抽頭,其間跨接可控硅。不同鐵心的上下兩個(gè)繞組交叉連接后并聯(lián)到電網(wǎng)中,續(xù)流二極管則橫跨在交叉端點(diǎn)上。在電源的一個(gè)工頻周期內(nèi),可控硅輪流導(dǎo)通,二極管續(xù)流。改變可控硅的觸發(fā)角便可改變控制電流的大小,從而改變電抗器鐵心的飽和度,平滑、連續(xù)地調(diào)節(jié)電抗器的容量。(2)MCR的控制特性MCR的基波電流標(biāo)幺值為式中β為鐵心飽和度?？煽毓璧挠|發(fā)角α與β的關(guān)系為α與可控硅電流的關(guān)系如圖2所示。(3)MCR的諧波特性MCR的諧波電流為式中In表示n次諧波電流標(biāo)幺值。在電抗器的整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi),電抗器注入電網(wǎng)的3、5、7次諧波電流幅值與額定基波電流幅值相比很小,分別不超過(guò)6.89%、2.52%、1.29%。由于各次諧波的最大值是相互錯(cuò)開(kāi)的,故得到的電流波形畸變系數(shù)很小。通過(guò)三相三角形接線方式可以限制3次諧波電流只在電抗器內(nèi)流動(dòng)而不注入電網(wǎng)。單相MCR的諧波電流理論值如圖3所示。(4)小結(jié)MCR作為一種借助直流控制的新型鐵磁可控電抗器,利用電網(wǎng)電壓本身通過(guò)繞組自耦變壓經(jīng)晶閘管元件整流獲得控制電源,不需外加勵(lì)磁。它將工作繞組和控制繞組有機(jī)地結(jié)合在一起,有利于減少損耗、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。在電抗器的整個(gè)工作范圍內(nèi),只有截面積較小的一段鐵心飽和。由于MCR的結(jié)構(gòu)特殊,故它具有較小的諧波、近似線性的伏安特性、較小的損耗以及較快的響應(yīng)速度。一般將電抗器組接成三角形,在電抗器的整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)(α=0~180°)各次諧波分量都很小(3次諧波及其倍頻電流在三角形中流通但不流入電網(wǎng)),其中5次諧波電流不超過(guò)額定基波電流分量的3%,因此,MCR可直接并入電網(wǎng)運(yùn)行而無(wú)需任何附加濾波裝置。4mcr無(wú)功補(bǔ)償電路(1)控制原理220kV變電所一般有110kV和10kV(或35kV)出線,且一般都采用高壓電纜。由于高壓電纜的充電功率較大,故系統(tǒng)負(fù)載較輕時(shí)將明顯提高一次側(cè)的功率因數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)中5.12條的規(guī)定:“對(duì)220kV變電所,在切除并聯(lián)電容器后,其一次母線功率因數(shù)高于0.98時(shí),應(yīng)裝設(shè)并聯(lián)電抗器”,以及能源電218號(hào)文件的規(guī)定:“變電所需補(bǔ)償無(wú)功設(shè)備,使最大負(fù)荷時(shí)一次側(cè)功率因數(shù)不低于0.95”。當(dāng)出線較多時(shí),對(duì)于220kV變電所不但要進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償,還需進(jìn)行感性無(wú)功補(bǔ)償。對(duì)無(wú)功功率的補(bǔ)償一般在10kV側(cè)進(jìn)行。基于MCR的無(wú)功補(bǔ)償一次原理圖如圖4所示,MCR與變電站原有的VQC(電壓無(wú)功綜合控制裝置)并聯(lián)于同一10kV母線上。實(shí)現(xiàn)從最大容性無(wú)功到最大感性無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié),當(dāng)負(fù)載的無(wú)功電流發(fā)生變化時(shí),改變可控硅的觸發(fā)角可以改變流過(guò)可控電抗器的電流,從而維持系統(tǒng)電壓或功率因數(shù)不變。例如,當(dāng)電壓降低時(shí)增大MCR的等效電抗值可以減小流過(guò)電抗器的電流,從而維持電壓不變,反之亦然。(2)運(yùn)行數(shù)據(jù)下面以具體運(yùn)行數(shù)據(jù)說(shuō)明利用基于MCR的無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Чｋ娎|的充電功率記為0.38Mvar,變壓器漏抗為0.42?,線路電抗為0.18?,無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果列于表2。(3)數(shù)據(jù)分析由表2可見(jiàn),系統(tǒng)處于高峰負(fù)荷時(shí),功率因數(shù)0.932小于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值,需進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償。投入1.2Mvar的容性無(wú)功后,功率因數(shù)提高到0.975,滿足大于0.95的要求。當(dāng)系統(tǒng)處于低谷負(fù)荷時(shí),由于電纜的充電功率較大而負(fù)載較輕,所以功率因數(shù)提高到0.998(超前),大于規(guī)定的0.98,抬高了線路末端電壓,這時(shí)需要投入并聯(lián)電抗進(jìn)行感性無(wú)功補(bǔ)償。5基于雙向無(wú)功補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功優(yōu)化調(diào)節(jié)方案在原有VQC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增設(shè)基于MCR的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可達(dá)到如下效果:(1)電抗器采用可控硅控制,其容量可以連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),消除了僅有電容器投切時(shí)的階梯式無(wú)功補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)無(wú)功的真正就地平衡,降低網(wǎng)損,提高系統(tǒng)的傳輸能力。(2)雙向的無(wú)功功率補(bǔ)償擴(kuò)大了變電站無(wú)功調(diào)度的工作范圍,達(dá)到了無(wú)功優(yōu)化調(diào)節(jié)的目的,為電網(wǎng)的無(wú)功控制提供了有效手段。(3)擴(kuò)大了變電站的無(wú)功調(diào)節(jié)容量,具有更優(yōu)越的電壓調(diào)節(jié)效