SVC纯水冷却系统智能交流稳压电源设计

李俊儒，张琳琳，周学亿

（四川省电力公司检修公司，四川成都 610041）

随着500 kV超高压电网的高速发展，SVC静止无功补偿装置在500 kV系统中的应用越来越广泛，其良好的静态无功调节功能与动态无功强补功能在稳定系统电压方面所发挥的作用越发得到肯定。但由于其在对系统电压进行调节过程中，会引起380 V站用电电压的大幅波动，每调节60 MV·A的无功容量导致站用电±10 V的波动，若运维人员对站用电压调节不及时将可能会由于电压超高（线电压大于415 V）或过低（线电压小于345 V），而导致SVC纯水冷却系统交流电源过压或欠压保护动作而停运，由于SVC系统中晶闸管在运行中承担着高达66 kV或35 kV的系统电压，一旦纯水冷却系统跳闸，晶闸管将失去冷却而迅速发热以致损坏。曾经某500 kV变电站发生过因供SVC纯水冷却系统的站用电源小车开关过压保护动作，致使冷却系统失电停运导致SVC系统跳闸的事故。由此可见，如何提高380 V站用电源对SVC纯水冷却系统的供电稳定性显得尤为重要。

该设计针对SVC纯水冷却系统的特殊性，对SVC的控制保护装置进行改进升级，将纯水冷却系统的交流电源纳入控制范围。使其在对系统进行电压的静态调节或动态补偿的过程中，优先预估调节后的瞬时电压并以此为依据对交流稳压电源进行预调节，从而提前响应系统电压变化，达到稳定的电压输出。

1 交流稳压电源原理及主电路结构

1.1 交流稳压电源原理

交流稳压电源原理如图1所示。380 V站用电源通过直敷方式接入SVC纯水冷却系统，SVC控制保护装置对电源的三相交流电压进行实时采样，通过A/D转换后进入装置的比较单元。针对SVC系统无功调节的特殊性，相电压以220 V作为基准，当采样电压U准in在208 V≤U准in≤237 V之间时，装置采用常态电压调节，即输入电压经与基准电压比较后再进行补偿单元的控制输出。当装置将对系统进行静态或动态无功调节时，即使采样电压在上述区间之内，但装置针对调节后的系统输入电压预估值若为U准in<208 V或U准in>237 V，则装置在无功调节前提前对补偿单元进行向上或向下的调节。待系统无功调节完毕后，若输出电压U准out的采样值已稳定在220±2.2 V之间时，则不再进行补偿单元的调节，若超出该范围则再通过比较计算对补偿单元进行二次调节，以确保输出电压始终稳定在220±2.2 V之间。

图1 交流稳压电源原理图Fig.1 Schematic diagram of AC voltage-stabilized power supply

1.2 交流稳压电源主电路结构

稳压电源主电路包括串联补偿回路及换向回路，电路如图2所示。T1、T2、T3、T4为4个独立的补偿变压器，由于SVC纯水冷却系统辅助装置所需电源多为三相电源，为使提供更好的稳压精度减少线电压间的差异，故选取4台容量不等且成倍递增的补偿电压器。图2中S1、S2、S3…S10为双向晶闸管元件，与补偿变压器T1、T2、T3、T4组成4个全桥电路，S9与S10为公共桥臂，每对串联的晶闸管（如S1和S2）与公共桥臂组成一个全桥电路。其工作过程如下：

图2 交流稳压电源电路图Fig.2 AC voltage-stabilized power supply circuit

当输入电压U准in低于额定值UIN时，需要补偿变压器T1、T2、T3、T4中的一个或多个同时工作，并产生正极性电动势以补偿U准in低于UIN的电压差△U。假设补偿△U仅需T1投入时，设U准in极性为A→N，SVC控制保护装置触发S2、S9使其导通，电流通路为U→T1(上绕组)→S9→T1(下绕组)→S2→N。若U准in反向时，电流通路沿上述通路反向流动。当输入电压U准in高于额定值UIN时，若需T1产生反极性电动势以抵消△U，则可导通S1及S10。

当△U值较大，需要T1、T2、T3同时投入时。若需对U准in进行补偿，则导通S2、S4、S6及S9；若需对U准in进行抵消，则导通S1、S3、S5及S10。对于不同的△U值，根据SVC控制保护装置的计算，可进行不同的导通组合，以达到稳压调节的目的。

主电路中Q1为交流电源输入开关，Q2为交流电源输出开关，Q3为维修开关。当补偿回路中补偿变压器或晶闸管发生故障时，可合上Q3开关并拉开Q1及Q2开关，此时交流电源可对负载进行临时性的直接无调节供电，确保纯水冷却系统持续运行从而提高SVC系统的供电可靠性。

2 参数选择

对于66 kV或35 kV设备，母线正常运行电压应保持在±5%范围内，最高不得超过±10%。以额定电压为66±4×2.5%/0.4 kV的站用变压器为例，设U1为变压器一次绕组额定线电压，U2为二次绕组额定线电压，根据分接头位置的不同其最大变比kmax以及最小变比kmin计算值如下：

按极限电压计算，即在变比最小时用最大一次侧电压计算二次侧最大值U2max，在变比最大时用最小一次侧电压计算二次侧最小值U2min，其计算值如下：

将其二次绕组线电压的最大最小值折算为相电压时，即可得出正常运行情况下U准in的范围为：188.95≤U准in≤282.3 V。当设备为35 kV电压等级时，其计算结果同上。

在设备的实际运行中，由于受到系统电压的影响，对于500 kV主变压器来说，其500 kV侧电压要求在±5%范围内进行调节，而SVC系统的电压调节策略也以500 kV系统电压作为调节目标，所以66 kV侧母线电压一般都在±5%范围内波动。并且66 kV系统设备选取的最高运行电压一般都为72.5 kV，一旦超过此值，设备将会因过压而遭到严重的损坏。鉴于其他设备运行参数要求的影响，SVC系统无论是在进行静态电压调节还是动态电压补偿时，66 kV母线电压都不会超过66×（1±10%）kV这一极限值。

综上所述，交流稳压电源的输入电压范围应为188 V≤U准in≤283 V。以220 V作为比较电压的基准值，设T1、T2、T3、T4补偿变压器的容量比为1∶2∶4∶8，T1的二次补偿电压为U T1，则其容量计算为：

在对补偿变压器的实际选取中，当变比为整数时更易于选择和接线。所以选取与计算值4.2 V最为16.92 V、33.85 V。通过S1~S10的不同通断组合，可有±0 V、±4.23 V、±8.46 V、±12.69 V、±16.92 V、±21.15 V、±25.38 V、±29.61 V、±33.85 V、±38.08 V、±42.31 V、±46.54 V、±50.77 V、±55 V、±59.23 V、±63.46 V共计31档调节电压。对交流输入电压U准in的最大最小值进行补偿调节，可使交流输出电压U准out的稳压精度达到220 V±1%。

为提高交流稳压电源电路的供电可靠性，进行采样、计算及输出的SVC控制保护装置与大功率器件构成的换向回路之间采用光耦隔离[1-3]。串联补偿回路使用带变压器及电流互感器双重功能的铁磁元件。换向回路中的S1~S10双向晶闸管元件，耐压值选择应大于1 000 V，电流比选择从左至右为1∶2∶4∶8∶15。

3 控制策略

在设备的实际运行过程当中，由于系统三相参数的差异，会导致交流电源输入电压三相并不平衡，在仿真过程中发现，若采用平均值法进行电压调节，只有当三相交流输入电压最大最小相差值小于U T1/2时，才能使各输出电压的差值小于U T1/2，并且输出差值始终等于输入差值。若采用分相比较法时，无论三相交流输入电压的差值为多少，都可以使各输出电压的差值小于U T1且稳压精度始终在220（1±1%）V范围内。因此，为简化计算流程故采用分相比较法。

当SVC控制保护装置处于常态电压调节模式（208 V≤U准in≤237 V）时，考虑到必须同时保证相电压和线电压的输出精度，采用中值比较法进行补偿调节。即计算出两档之间的均值，当输入电压在低档与均值之间时采用低档补偿，当输入电压在均值与高档之间时采用高档补偿。如4.23 V、8.46 V 2档的中值为6.345 V，当4.23 V≤U准in－220 V≤6.345 V时，对输入电压采用4.23 V档进行补偿；当6.345 V

为避免输出电压变化导致换向过程产生振荡，装置的采样时刻应适当滞后于换向时刻，并将电压越限确认时间设定为60 s，基准电压的死区电压设定为2.2 V，以确保电压稳定输出。当电网电压变化造成输入电压波动需再次进行调节时，为减少换向回路频繁动作的负担，采用增量比较调节方式，即综合原调压档级和新电压采样值，计算新调压档位级差，再从原状态转换成新状态，以减少电压的波动。若新档级包含原档级所需晶闸管，则直接触发导通剩余的晶闸管，若不包含原档级所需晶闸管，则同时触发导通和关断新旧晶闸管。

当SVC系统在进行静态无功调节或动态无功补偿后，U准in将小于208 V 或大于237 V时，SVC控制保护装置进入预估电压调节模式。装置将对补偿回路进行向上或向下调节一档，以减少无功调节后对380 V站用电源电压的冲击。当无功调节完毕后，装置将输出电压采样值与输出电压稳压范围220（1±1%）V进行比较，若输出电压在此范围之内则不再进行补偿调节；若在此范围之外，则零延时进行二次电压调节，直至达到稳压范围。当人工调节站用电档位使输入电压重新回到208 V≤U准in≤237 V范围内时，装置恢复常态电压调节模式。

稳压电源电路工作时，同一桥臂上的2支晶闸管不允许直通，否则将导致补偿变压器二次侧开路，并串入高电压而引发事故。在SVC控制保护装置进行控制调节时，必须将同一桥臂上的晶闸管进行互锁，确保其上至多只有一支晶闸管在导通状态。当输入电压需要进行换向调节时，装置将先闭锁同一桥臂上处于导通状态的晶闸管，再触发另一支晶闸管，以确保2支晶闸管无论在何时都不可能直通。

4 结语

可进行常态调节和预估调节的串联补偿交流稳压电源装置，通过参数的不同设定，不但适用于特殊的纯水冷却系统，也适用于常规的变压器风机冷却系统，以及其他对380 V供电电压有较高要求的辅助装置。对于大功率的负荷设备，380 V站用电源应选取供电容量大、电压范围宽的小车开关进行直供以达到与稳压装置的良好配合效果。

[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].4版.北京：机械工业出版社，2002.

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