静止无功补偿器晶闸管控制性能现场简易检测方法研究

吴晋波，胡迪军，洪权，李龙，李理，蔡昱华

(1.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南 长沙 410007；2.国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

静止无功补偿装置[1-4](static var compensator，SVC)是目前应用最成熟的动态无功补偿设备[5-7]之一，在新能源发电站[8-9]和高压直流换流站[11-13]中应用尤为广泛。作为一种没有旋转部件，快速、平滑、可控的动态无功功率补偿装置，SVC是将可控的电抗器和电力电容器并联使用，其中电容器可发出无功功率，可控电抗器可吸收无功功率，通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率变为吸收无功功率，并且响应快速。

在SVC寿命周期中，需要对其核心部分晶闸管控制支路的晶闸管控制性能开展现场检测[14]。晶闸管控制性能检测是衡量SVC控制性能的重要依据[15]。现有针对SVC晶闸管控制性能的检测方法虽有不少，但只适用于实验室环境，检测方法及装置均过于复杂繁琐，检测环境与场地要求较高。而SVC不少设置在海拔较高的风电场和偏远的变电站，实验室检测方法在现场运行环境下并不易实施。因此，需要一种适用于SVC现场运行环境的简单、有效的晶闸管控制性能检测方法。

本文提出一种SVC晶闸管控制性能现场简易检测方法，通过简易的接线，采用现场常见的仪器设备，更适用于运行现场环境。在某500 kV变电站180 Mvar SVC成功开展晶闸管控制性能测试，验证了该方法的有效性。

1 SVC晶闸管控制支路

SVC晶闸管控制性能测试对象为晶闸管控制电抗器(TCR)支路[16]中的晶闸管阀组[17]，如图1所示。每相TCR支路有24个晶闸管阀组，SVC控制系统分别与各个晶闸管阀组的控制端相连，用于控制三相晶闸管控制支路进行无功补偿。

图1 SVC控制系统结构

2 检测方法

2.1 检测方法

根据现场运行情况，提出SVC晶闸管控制性能现场简易检测方法，现场接线如图2所示。

图2 所提检测方法

如图所示，所需试验仪器包括试验电源1、调压器2、小负载3、模拟量记录模块4、检测判断模块5。试验电源1的输出端和调压器2的原边相连，调压器2的副边、小负载3和静止无功补偿器中的待检测晶闸管阀组依次串联形成回路，调压器2的副边和和静止无功补偿器的控制系统同步基准电压输入端相连，模拟量记录模块4的输入端分别和调压器2的副边、小负载3的两端相连，模拟量记录模块4的输出端和检测判断模块5相连。

试验电源1为SVC晶闸管阀组控制性能现场检测装置提供电源；调压器2原边与试验电源1输出的交流电源相连；调压器2副边为待检测晶闸管阀组提供检测电源，并同时为待检测的SVC控制系统提供同步基准电压；小负载3作为待检测的SVC晶闸管控制的虚拟负载，并用于防止检测回路电流过大；模拟量记录模块4采集待检测的SVC控制系统同步基准电压和小负载两端电压；检测判断模块5则根据模拟量记录模块4采集的数据，实现对晶闸管阀组控制性能的检测。

试验电源1可采用现场50 Hz、380 V检修三相交流电源；调压器2可采用常见的可变变比调压器；小负载3可根据现场条件和过流限值，由单个或多个固定电阻或可变电阻构成。模拟量记录模块4采用至少具有两路电压测量通道的便携式录波仪或示波器。

2.2 检测步骤

所提SVC晶闸管控制性能现场简易检测方法，现场具体步骤如图3所示。

图3 检测方法步骤流程

1)从待测触发角集合中遍历选择当前触发角α，将静止无功补偿器的控制系统中设定触发角为当前触发角α。

2)读取同步基准电压U0的过零点与其后最近时刻小负载电压U1突变点之间的时间差t，根据β=t/T×180计算待检测晶闸管阀组的实际触发角β，如图4所示。其中t表示同步基准电压U0的过零点与其后最近时刻小负载电压U1突变点之间的时间差，T为10 ms。

图4 时间差计算

3)计算待检测晶闸管阀组的设定触发角α、实际触发角β之间的触发角差值，判断所述触发角差值是否小于预设阈值。如果小于预设阈值则判定当前触发角α下待检测晶闸管阀组的控制性能符合要求，否则判定当前触发角α下待检测晶闸管阀组的控制性能不符合要求。

4)判断待测触发角集合是否遍历完毕。如果遍历完毕，则跳转执行步骤5)，否则跳转执行步骤1)。

5)判断是否所有当前触发角α下待检测晶闸管阀组的控制性能均符合要求。如果所有当前触发角α下待检测晶闸管阀组的控制性能均符合要求，则判定待检测晶闸管阀组的控制性能符合要求；否则判定待检测晶闸管阀组的控制性能不符合要求。

3 现场应用

应用该方法在某500 kV变电站SVC开展晶闸管控制性能测试。SVC TCR支路每相阀组由24对正反向并联的晶闸管组成，晶闸管设计导通角为120°～165°，导通角误差应小于2°。

测试中，试验电源1选取50 Hz、380 V三相交流电源，可输出功率不小于200 W(单相)；调压器2选取可变变比调压器，变比可根据试验电源选定调整至380∶100，原边输入电压380 V，副边输出电压为100 V，容量不小于600 W；小负载3选取3个串联的电阻，每个阻抗值50～90 Ω(50 Hz)，最大持续电流不低于2 A，最大电压不低于100 V(50 Hz)；模拟量记录模块4选取便携式录波仪，采样周期小于1 ms。

按所提方法确定的待测触发角集合具体包括120°和140°，预设阈值为2°。

按照所提方法，依次对待检测晶闸管阀组A、B和C逐对开展现场检测，并依据上述判定原则，做出结论。

1)待检测晶闸管阀组A:在当前触发角α为120°的情况下，时间差t=6.7 ms，实际触发角β=120.6°，其触发角差值为0.6°；在当前触发角α为140°的情况下，时间差t=7.8 ms，实际触发角β=140.4°，其触发角差值为0.4°。两个触发角差值均小于预设阈值2°。因此所有当前触发角α下待检测晶闸管阀组A的控制性能均符合要求，判定待检测晶闸管阀组A的控制性能符合要求。

2)待检测晶闸管阀组B:在当前触发角α为120°的情况下，时间差t=6.6 ms，实际触发角β=118.8°，其触发角差值为1.2°；在当前触发角α为140°的情况下，时间差t=7.7 ms，实际触发角β=138.6°，其触发角差值为1.4°。两个触发角差值均小于预设阈值2°。因此所有当前触发角α下待检测晶闸管阀组B的控制性能均符合要求，判定待检测晶闸管阀组B的控制性能符合要求。

3)待检测晶闸管阀组C:在当前触发角α为120°的情况下，时间差t=6.8 ms，实际触发角β=122.4°，其触发角差值为2.4°；在当前触发角α为140°的情况下，时间差t=7.9 ms，实际触发角β=142.2°，其触发角差值为2.2°。两个触发角差值均大于预设阈值2°。因此所有当前触发角α下待检测晶闸管阀组C的控制性能均不符合要求，判定待检测晶闸管阀组C的控制性能不符合要求。

后期通过对SVC控制系统及采样回路进行进一步测试，发现SVC控制系统采样模块C相存在超限误差，导致C相触发角控制误差过大，A、B两相控制性能合格。这证明了所提方法在现场运行环境中是有效的。

4 结语

本文提出一种SVC晶闸管控制性能现场简易检测方法，通过试验电源为待检测晶闸管阀组和小负载供电，检测获取同步基准电压U0的过零点与其后最近时刻小负载电压U1突变点之间的时间差t；根据时间差t计算待检测晶闸管阀组的实际触发角β，基于设定触发角α、实际触发角β之间的触发角差值判断待检测晶闸管阀组的控制性能是否符合要求，实现对SVC晶闸管控制性能的简捷、有效检测，能够满足运行现场环境下检测需求。所提方法成功应用于实际SVC现场测试，证实了所提方法的可行性和有效性。