静止无功补偿装置STATCOM的运行及注意事项

刘海涛

摘 要：目前±200Mvar STATCOM项目已在500 kV东莞站投运，并处于试运行阶段。STATCOM作为新一代动态无功补偿装置，在运行、维护方面的经验相对缺乏，但因其特有的优点，使其成为未来电力系统无功补偿发展的方向。做好STATCOM装置的的运行、管理，是试运行阶段的重要项目。介绍了静止无功补偿装置STATCOM的基本结构，介绍了STATCOM装置的运行模式及控制策略；对试运行阶段的经验进行归纳，为STATCOM在电网中的应用提供了参考。

关键词：无功功率补偿 静止无功补偿装置STATCOM 运行

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0087-02

STATCOM的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。目前±200Mvar STATCOM项目已在500kV东莞站投运，并处于试运行阶段。STATCOM作为新一代动态无功补偿装置，在运行、维护方面的经验相对缺乏，但因其特有的优点，使其成为未来电力系统无功补偿发展的方向。做好STATCOM装置的运行、管理，是试运行阶段的重要项目。

1 静止无功补偿装置STATCOM的介绍

STATCOM设备包括连接电抗器和阀组，控制系统以及供电系统。500 kV东莞站STATCOM阀组由两套±100Mvar STATCOM组成，每套STATCOM由3个换流链和3套水冷系统组成。其中每个变流链均由26个阀组单元串联而成。

STATCOM采用集装箱方式，减小了占地面积。它包括6个阀组集装箱和一个控制集装箱。STATCOM的控制系统主要有系统监控柜、系统控制柜、装置控制柜（2面）和脉冲柜（6面）组成。控制系统中每种柜体的主要功能如下：

监控柜：主要是监控系统及与外界的通信。

系统控制柜：主要负责系统控制部分的算法，断路器和水冷系统的控制以及启停逻辑。

装置控制柜：主要负责STATCOM的控制算法，其指令来自于系统控制柜以及STATCOM本体的保护。

脉冲柜：主要是完成直流电压平衡算法，将每个单元的调制波发送给阀组的单元主控板。

2 STATCOM装置的启停

STATCOM能够输出交流电压的前提是直流侧具有电压，所以直流电压是STATCOM运行的前提条件。

东莞站STATCOM采用他励方式进行启动。首先STATCOM二次电源通过隔离变压器给直流电容充电，当充电电压达到阈值时，控制系统发出合闸允许信号，此时在监控后台合上断路器，直流电容充电工作完成。在监控后台发出解锁命令后，STATCOM发出触发脉冲，STATCOM输出无功按指定的方式运行，启动工作结束。在这过程中充电是关键的一步，因为如果直流电容没有充电，合上断路器会有非常大的冲击电流。

STATCOM退出时，应先闭锁脉冲（此时STATCOM几乎没有电流），然后断开断路器，此时STATCOM进入直流电容放电阶段，放电完毕后处于热备用状态。在这过程中应该注意直流电容放电过程，如果需要检修应先确认直流电压是否安全。

由于STATCOM不同于常规的设备，当STATCOM闭锁后没有电流，而且动作速度非常快（微秒级）。从而STATCOM保护具有两种类型：一种是STATCOM仅闭锁，开关不断开；另一种是闭锁，跳开关。大部分STATCOM保护均是闭锁，当故障消失后可以迅速解锁，然后STATCOM继续运行。严重故障时STATCOM才进行跳开关保护。对于具有旁路功能的STATCOM又多一种运行模式：单元旁路运行。由于链式STATCOM是多个功率模块串联组成，当某个功率模块故障时，可以将其旁路，其他模块可以继续运行，待检修时将故障模块进行检修即可。

3 STATCOM装置的控制模式

稳态调压模式是稳态控制模式之一，STATCOM根据系统的电压变化自动调节无功输出，以减少系统的电压波动。在稳态调压模式时，STATCOM输出最大输出的容性无功和最大输出的感性无功分别为50Mvar，只有当暂态情况下才把输出容量放开，东莞站短路容量较大，以15300MVA为例，当稳态时最大无功对电压影响程度小于0.8 kV，当STATCOM输出200Mvar时对电网的影响程度小于3 kV，所以单台STATCOM对电网影响很小。根据系统调试的情况来看，STATCOM满发200MVA无功时，220 kV侧母线大约有3～4 kV的变化，500 kV侧母线大约有2～3 kV的变化。

稳态恒无功模式，STATCOM向系统注入恒定的无功功率（50Mvar限幅）。（注意：无功输出是恒定不变的，但装置输出的电流是时刻变化的，因为母线电压是时刻变化的。）

暂态控制模式，该模式的主要功能是为系统提供极快速的无功电压支撑。进入该模式后STATCOM限幅放开，此时STATCOM可以满容量输出。该模式主要针对以下两类情况：

（1）系统发生大扰动，系统电压发生快速波动。

（2）系统发生接地故障，系统电压发生快速大幅度跌落。

STATCOM作为快速无功调节的手段需要和其他无功设备配合才能充分发挥其作用。考虑到500 kV东莞变电站内已经有12组电容器（每组40Mvar）和11组电抗器（每组45Mvar），这些无功设备基本满足平时调压需求。根据东莞站的实际情况，设计STATCOM的运行方式如下：

（1）以部分无功容量参与日常调压，减小电压的波动。

（2）监测站内无功设备剩余情况，当电抗器或电容器均投入后，STATCOM放开部分限幅，让更多的容量参与日常调压。endprint

（3）当STATCOM检测到电压变化率较大或电网电压较低时，STATCOM将全部容量放开进行电压支撑。

（4）当站内电容（电感）全投时，若STATCOM按照50MVA的限幅时仍不能将电压稳定在目标电压附近，则STATCOM将限幅打开至100MVA，增大其无功输出容量，以达到稳定电压的目的。

4 STATCOM装置运行注意事项

（1）东莞站STATCOM采用他励方式进行启动，STATCOM能够输出交流电压的前提是直流侧具有电压，所以直流电压是STATCOM运行的前提条件。另外，380 V电压消失将导致水冷系统水泵立即停止，并且STATCOM跳闸（跳开381、382），同时380V电源失电后，STATCOM UPS电源和直流蓄电池启动，可以保证STATCOM安全停机。为保证电源连续、可靠运行，控制柜电源开关采用ATS（Automatic Transfer Switch自动切换开关），ATS主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动切换至另一个电源的开关。ATS一路电源接#3站用变，另一路电源接#0站用变，#0站用变由站外电源供电。#3站用变的380V电源为STATCOM装置的专用电源，#0站用变为备用电源，当#3站用变的380V侧失压，ATS装置自动切换到由#0站用变提供电源。380 V电源为STATCOM水冷系统、控制系统、#8变有载调压装置和381、382间隔断路器、隔离开关等电气设备提供低压交流电源。

（2）装置控制屏每次上电时，都将控制策略下传到脉冲柜，由脉冲柜暂时保存策略。由于装置控制屏只在上电时发送唯一一次控制策略，而脉冲柜断电后，不保存控制策略。所以，每次送电时，在合上断路器前，须将脉冲柜上电，然后将装置控制屏重新上电，使其重新下传控制策略。

（3）现时STATCOM装置处于稳态恒电压控制模式，STATCOM装置根据当前电压值与整定电压值的高低，自动调节发出容性无功或感性无功。但由于变电站目前的电压调节手段主要依靠电容器组或电抗器组，所以，可能出现电容器组投入的情况下，STATCOM发出感性无功这类矛盾情况。例如，当前目标电压为220 kV母线电压值为231 kV，但由于系统电压要求，须投入电容器组，使母线电压维持在233 kV。此时，由于母线电压比目标电压高2 kV，STATCOM装置发出感性无功。解决办法是，重新对目标电压值进行整定，并对站内无功设备进行更严格的管理。

5 结语

STATCOM从功能上是可以代替站内的电容器和电抗器。但目前STATCOM造价昂贵，技术尚未成熟，运行成本高，因此主要用于系统故障时提供毫秒级的无功支撑，它的容量主要作为动态的无功储备使用的。如果将来STATCOM造价低廉，完全可以代替电容器和电抗器。

参考文献

[1] 百MVA级链式静止无功补偿器（STATCOM）研制[S].技术规范.

[2] 百MVA级链式静止无功补偿器（STATCOM）使用说明书[S].endprint