附件二：
国家电网公司科学技术项目
可行性研究报告
项目名称：
小营站220kV站STATCOM系统的开发与
应用
秦皇岛电力公司
2008年1月 至2009年12月 曲效荣
秦皇岛市海洋路50号 066000
申请单位： 起止时间： 项目负责人： 通信地址： 邮政编码： 联系电话： 传 真： 申请日期：
2007年10月
一、 目的和意义
本项目旨在评估电铁负荷对电力系统的影响，制定电铁负荷造成的电压波动、三相电压不平衡度、谐波电流和谐波电压等多项电能质量指标超标的解决方案，研制开发静止同步补偿器（STATCOM），并应用于小营220kV变电站110kV侧，重点解决电压波动、负序和谐波问题。
随着经济的持续增长，我国的电气化铁路正在迅速的发展。但是随着电气化铁道的快速发展和迅速进入人口稠密的经济发达地区，牵引供电系统的电能质量问题也受到日益广泛的关注。
电气化铁路是一种单相不对称波动负荷，具有以下特点：以铁路钢轨与大地为导体的单相移动负荷；负荷随列车重量、线路坡道、牵引或制动等不同条件而剧烈变化；负荷电流中含有大量谐波电流；无功电流大，功率因数低；对电力系统产生负序电流和负序电压。由于铁路运输的特殊性，电铁机车沿铁路移动用电，其产生的危害程度比起其他类型的非线性设备要严重的多。电铁牵引负荷波动频繁、冲击大，给电力系统及其他电力用户带来许多不利影响。在机车运行过程中，具有严重的非线性，向电力系统注入大量的高次谐波电流，成为电力系统中最大的谐波源；其开停频繁，有功冲击大，造成电力系统电压严重波动；同时，自其出现以来就存在由于其结构上具有严重的不对称性，向电力系统注入了大量的负序电流；再加上目前我国绝大部分电力机车采用单相晶闸管相控整流制式，由此带来牵引供电网功率因数低、谐波含量高等一系列问题，严重影响公用电网的电能质量。由于电铁机车沿铁路移动用电，其产生的危害性远比其他任何谐波源设备更为严重，更为广泛。又因为其功率大，华北地区内广泛分布，对电力系统的安全经济运行影响面很广。
小营站220kV变电站属枢纽变电站，主变容量为540MVA，无功备用容量不足，电压稳定性问题突出。同时，站内两台主变的110kV母线分别给大同铁路和天津铁路牵引站供电，并同时还要向许多厂矿供电。由于电力机车为大功率单相冲击性负荷，使得电压波动、三相电压不平衡度、谐波电流和谐波电压总畸变率等多项电能质量指标都超过国家标准限值。给电网造成了严重污染，影响了其它负荷的正常生产。
静止同步补偿器STATCOM（Static Synchronous Compensator，以往称为SVG：Static Var Generator），是当今无功补偿领域最新技术的代表。STATCOM并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可灵活控制，跟随负载的变化自动快速连续调节无功功率补偿量，维持母线电压，或者通过电流跟踪补偿实现对冲击性负载或谐波负载的实时动态补偿。由于其响应速度快， STATCOM对解决冲击性负荷所带来的三相不平衡、电压波动、谐波超标、功率因数低等电能质量问题有着重要的意义。
该项目在小营变电站110kV侧母线安装STATCOM，综合治理电铁负荷造成的电压波动、三相电压不平衡度、谐波电流和谐波电压等多项电能质量指标超标问题。在110kV侧装设STATCOM，在提高系统电压稳定性，抑制母线电压波动，治理三相电压不平衡度，治理谐波，提高电能质量等方面都可以起到很好的作用。
由于小营变电站的主要负荷为电力机车负荷，在该变电站中STATCOM装置的应用对其它同类型变电站具有指导意义。同时，由于此项目是在秦皇岛地区实施的首套STATCOM装置，具有重要的示范作用。并且，进行项目分析计算过程中使用的STATCOM模型、参数、项目的分析计算方法、装置的实际运行维护经验等，都可作为技术储备，为其它先进的电力电子技术应用奠定基础。STATCOM技术在电力系统中的应用和推广将推动我国电网控制技术向更高水平发展。
基于此背景，该项目的顺利实施具有重要意义。
二、 国内外研究水平综述
改革开放以来，我国电气化铁路（以下简称“电铁”）获得迅速发展。目前，全国电铁通车里程逾万公里，遍及全国十八个省（自治区、直辖市）电网。随着电气化铁道的快速发展和迅速进入人口稠密的经济发达地区，牵引供电系统的电能质量问题受到日益广泛的关注。据不完全统计，自电铁投运三十多年以来，电铁谐波与负序已引发过200MW发电机跳闸，山西、河南、贵州等电网大面积停电或系统解列，电网产生局部谐振，发电机转子损坏，继电保护非正常频繁启动，用户电动机和电容器大量烧坏，小火电厂不能就近并网等一系列危害，使社会、门和用户蒙受了巨大的经济损失。随着电铁运量的增加和电铁向东部发达地区扩展，如电铁谐波仍然不能得到及时治理，其产生的危害将会更加严重。电力工业部
指出为认真贯彻《电力法》，确保供电的电能质量，保障电网安全和广大用户的利益，在保证电铁安全供电的同时，必须尽早尽快治理好铁路牵引系统电能质量。
目前，我国电气化铁路无功补偿及谐波治理，主要是从作为污染源的机车本身和牵引变电站两方面着手来提高电能质量。电铁负序治理现状之一是通过平衡变压器或V/V接线方式治理负序，另一方法是采用轮流换相技术来平衡负荷治理负序。
提高机车自身的功率因数并降低谐波的措施有装设电力机车无功补偿装置及多段桥整流方式；在牵引变电站提高功率因数、降低谐波：通过在变电站牵引母线通过真空开关投入三次谐振滤波器补偿电路是一个广泛采用的方法，其优点是在变电站集中补偿，需要的补偿设备总容量较小，投资节省；可补偿接触网线路电感产生的无功功率；根据供电臂的无功电流而调整补偿量，变电站有较高的功率因数，流入电力网的无功电流与谐波电流相对较小。缺点是它不能细调且响应慢，由于开关投切时间的随机性，投切是有很大的电流冲击与很高的过电压，易使开关与电容器损坏。作为开关投切电容器的升级，TSC是一个不错的选择。它本身不产生谐波，但是它最大的不足就是不能够连续调节，只能分级调节。这种方法特别适用于行车密度低，且列车为重载的区间。从日本的经验看所占比例仅为7％。绝大部分场合仍采用TCR型的SVC。
治理电铁的所带来的不平衡、电压波动、谐波超标等电能质量问题，从技术上讲，STATCOM相比SVC更有优势。主要体现为以下几点：
1） 响应更加迅速。SVC的响应时间为60～100ms，STATCOM响应时间≤10ms； 2） 电压闪变抑制能力倍增。SVC对电压闪变的抑制最大可以达到2:1，STATCOM对电压闪变的抑制很容易达到4:1甚至5:1。SVC受到响应速度的限制，即使增大装置的容量，其抑制电压闪变的能力不会增加；而STATCOM不受响应速度的限制，增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力；
3） 运行范围更宽。STATCOM通过直接调节无功电流实现无功功率补偿，其输出电流
不依赖于电压，表现为恒流源特性；SVC通过调节等值阻抗实现无功功率补偿，其输出电流和电压成线性关系。因此，STATCOM的电压－无功特性优于SVC，即当系统电压变低时，同容量的STATCOM可以比SVC提供更大的补偿容量；
4） 可靠安全，维护管理简单。在故障条件下，STATCOM比SVC具有更好的控制稳定性，SVC使用了大量电容器和电抗器，因此当外部系统的支撑变弱时，SVC会产生不稳定性，而STATCOM对外部系统运行的条件和结构变化不敏感；
5） 谐波含量很低。STATCOM采用了高频脉宽调制（PWM）技术与多电平技术，不仅自身产生的谐波含量很低，而且可以在一定程度上消弱负荷产生的谐波。SVC本身是一个很大的谐波源，要考虑避免所有的谐振情况，匹配完全合适的滤波器是非常困难而不可能的；
6） 占地面积减小。由于无需高压大容量的电容器和电抗器做储能元件，STATCOM的占地面积通常只有相同容量SVC的50％；
7） 功率损耗低，节电效果显着。STATCOM由于不存在大容量的电容，电感器件，因此功率损耗比较低。且由于模块化设计，STATCOM的功率调节更灵活，超过调节需求部分的模块可以实现暂时闭锁，处于热备用状态，此时其功耗接近于0；
8） 不会产生并联谐振或谐波放大问题。SVC并联滤波器，容易引起谐波发大甚至并联谐振问题。STATCOM从工作原理上避免了产生并联谐振的可能。 【国外STATCOM研究水平的现状和发展趋势】
静止同步补偿器（STATCOM）是FACTS技术的一个重要方面。STATCOM作为一项前瞻性研究的新技术，当今国外研制成功并投入运行的大容量STATCOM装置不足十套，主要包括：
（1）日本关西电力与三菱电机共同研制的于1980年1月投运的世界上首台STATCOM样机。装置容量为20MVA，母线电压77kV，采用了晶闸管强制换相的电压型逆变器。直流侧电压917V，是通过启动变压器、整流器、平滑电抗器和线路相连获得的。主电路结构采用三相桥六重化方案，逆变器由六个单元逆变器组成，每个单元逆变器的输出电压波形相
3.国网公司科技项目可行性研究报告
