210Mvar动态无功补偿装置在南方电网的应用

荣信电力电子股份有限公司 杨建伟

鞍山有线电视台 张巍

本文论述了荣信电力电子股份有限公司采用国际上最先进光触发晶闸管技术，自行研发、制造的国内装机容量最大（210Mvar）的静止型动态无功补偿装置（Static Var Compensator—SVC），应用于中国南方电网广西自治区梧州变电站的过程。

SVC 容量210Mvar 光触发晶闸管

1 前言

荣信电力电子股份有限公司是国家唯一的SVC产业化示范基地，SVC国家标准起草单位，中国电力电子行业第一家上市公司。产品广泛应用于钢厂、电气化铁道、煤炭、电力、有色金属等诸多行业。

2008年，荣信电力电子股份有限公司与中国南方电网合作，在广西自治区梧州变电站（500kV）加装SVC，容量达210Mvar，是目前中国装机最大容量的SVC。

2 SVC的原理

SVC又称为“静止型动态无功补偿器”，主要用于补偿用户母线上的无功功率，这是通过连续调节其自身无功功率来实现的。用QS表示系统总无功功率，QF为用户负荷的无功功率，QL为晶闸管控制电抗器（以下简称TCR）的无功功率，QC为电容器无功功率，上述平衡过程可以用如下公式来表达：

QS=QF+QL-QC=常数=0

图1 无功补偿原理示意图

如图1所示，A为系统工作点。负荷工作时产生感性无功QF，补偿装置中的电容器组提供固定的容性无功QC，一般情况下后者大于前者，多余的容性无功由TCR平衡。当用户负荷QF变化时，SVC控制系统调节TCR电流从而改变QL值以跟踪，实时抵消负荷无功，动态维持系统的无功平衡。

3 工程概况

3.1 工程背景

广西电网梧州变电站属于南方电网的枢纽变电站，作为南方电网的振荡中心，是治理低频振荡的有效地点。在梧州变电站加装静止型动态无功补偿装置是加强西电东送通道电压支撑能力，提高电网稳定性的有效手段。

3.2 技术参数

主变压器参数

型式：单相自耦有载调压变压器

额定容量：250/250/80MVA

接线型式：YN,a0,d11

阻抗电压：UK1-2=12%, UK1-3=40%, UK2-3=25%

系统额定电压：35kV

系统最高电压：40.5kV

系统接线方式：不接地

系统额定频率：50Hz ±5

静止无功补偿装置安装地点系统短路水平40kA(有效值)。

系统短路容量（未考虑SVC）见表1。

表1

全波雷电冲击电压(1.2/50μs)BIL: 220kV(峰值)

工频1分钟耐受电压：85kV(峰值)

环境条件

如表2所示。

4. SVC的制造

4.1 SVC设备的组成

根据南方电网梧州变电站对SVC的技术要求，荣信电力电子股份有限公司提供SVC一套。

由晶闸管相控电抗器（Thyristor Controlled Reactor-TCR）和高次谐波滤波器（Filter capacitor-FC）两部分组成。

表2

主要设备包括：全数字控制系统、晶闸管阀组、相控电抗器、TCR控制采样用电流互感器、TCR故障自诊断系统、滤波电抗器、滤波电容器组、电容器组架、氧化锌避雷器、差流互感器等。

SVC组成电路图，如图2所示。

图2 SVC组成电路图

如图1所示，晶闸管阀组与SVC每相的电抗器串联，用于控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor—TCR),实现动态无功补偿。TCR与可投切的并联电容器组组合，实现电网无功功率的连续调节。

4.2 SVC全数字控制系统组成

SVC控制系统由控制柜、脉冲柜和功率单元三部分组成。控制柜采集现场的电压、电流信号，计算处理后发出触发脉冲，同时监测晶闸管运行状况。脉冲柜将触发脉冲转换为符合要求的脉冲信号，实现触发。功率单元由晶闸管、阻容吸收、热管散热器、脉冲变压器、BOD板和击穿检测板六部分组成，串入电抗器回路，在脉冲信号控制下操纵晶闸管通断，使电抗器流过预期的补偿电流。其基本结构框图如图3。

4.2.1 触发方式

采用了国际先进水平的光触发方式。光触发晶闸管是一种为高压应用而设计开发的高压大功率的集成器件，通过特殊的结构和工艺设计，在器件的内部集成了光敏触发区、内部过压保护器和内置保护电阻，使其具有正向恢复和dv/dt的保护功能，特别适用于高电压和串联应用。

4.2.1.1 光触发晶闸管（Light Triggered Thyristor-LTT）外形及结构图，如图4。

图4 光触发晶闸管外形及结构图

4.2.1.2 光触发晶闸管(LTT)与电触发晶闸管(ETT)相比，触发方式上具有优点如下：

光脉冲触发是采用激光信号触发，具有很强的抗电磁干扰性能。

图3 SVC控制系统基本结构框图

LTT门极触发功耗低（40mW），而ETT需要数瓦的大功率门脉冲。

LTT光缆具有良好的信号传输性能，信号传输距离远，且电隔离性好，能更好的适应高压区的信号传输，而ETT传输距离较短。

光控晶闸管触发回路简单。

4.3 高次谐波滤波器（Filter capacitor-FC）的组成

FC由电容器、电抗器和电阻器适当组合成3个滤波器支路的“无源型”交流滤波装置。该装置和谐波源并联运行。这种方式以滤波和无功补偿兼顾的方式，以滤波为主。可以滤除由于用电设备在生产过程中产生谐波污染，保证公共母线和电网电能质量；同时实现就地补偿；提高功率因数，减少无功的远距离输送，降低线损；达到节能降损的目的。

我们的滤波装置主要是滤除5、7和11次谐波。

4.4 SVC的监控系统

SVC监控系统可以方便、直观的查看SVC设备的运行参数、曲线、历史记录、故障记录等，支持网络传输和远程监控等。

可以监控的数据包括：

①SVC设备的运行数据，设备的运行设置参数。

②故障报警，可控硅状态监视。

③查询历史数据和历史故障记录。

④功率因数小时、日、月、年度的统计。

SVC监控系统的网络结构如图5所示。

5 系统测试及试验

5.1 控制系统测试

由中国超高压输电公司、中国南方电网技术研究中心和我公司共同使用数字实时仿真系统，对SVC的控制保护系统进行功能和动态性能测试。达到的技术指标见表3。该技术指标满足国家标准GB/T20298-2006《静止型无功功率补偿装置（SVC）功能特性》的要求。

图5 网络结构及SVC监控系统各模块示意图

5.2 现场试验

依照国家标准GB/T20297-2006《静止型无功功率补偿装置（SVC）现场试验》的规定进行了SVC现场试验，试验结果符合标准要求。

6 验收

考核点为35kV,顺利地通过国家电网公司组织的验收。

(1)注入35kV母线的谐波电流值，满足GB/T14549-93《电能质量公共电网谐波》标准的规定。

(2)去除背景谐波电压后，电压谐波总畸变率≤4%，满足GB/T14549-93《电能质量公共电网谐波》的要求。

(3)去除背景电压波动后，电压波动≤2%，满足GB 12326-2000《电能质量电压波动和闪变》的要求。

(4)月平均功率因数在0.95~1之间（不等于1）。符合GB50052－95《供配电系统设计规范》的要求。

7 结束语

该SVC于2009年5月成功投运，运行状态良好。

梧州变电站为500kV变电站，属于南方电网系统的枢纽变电站。我公司210Mvar容量SVC投入运行后，将大大提高梧州地区乃至南方电网系统的安全稳定性，促进电网节能减排目标的实现。

该项目是我公司继采用SVC来解决串补线路远距离输送电力发生的次同步谐振问题，保证发电厂发电机组可靠稳定运行，这一世界性难题后的又一重大突破，为SVC产品开辟了新的应用领域。

1. GB/T 20297-2006静止无功补偿装置(SVC)现场试验 [S].国家技术监督局，北京，2006.

2. GB/T20298-2006静止无功补偿装置(SVC)功能特性 [S].国家技术监督局，北京，2006.

3. 500kV梧州变电站加装SVC工程技术协议[R].荣信电力电子股份有限公司，鞍山，2008

表3