晶闸管变压式电容无功补偿方法的研究
作者简介:王建元(1971-),男,陕西省汉中市人,东北电力大学电气工程学院教授,博士,主要研究方向:计算机在电力系统中的应用、电力电子技术在电力系统中的应用和电能质量控制技术.
【摘 要】摘 要:提出了一种通过晶闸管开关装置直接调节电容器两端电压以调节电容无功功率的方法和相应的原理及接线。同时提出了换级控制方法,分析了故障时产生的断态过电压,采用氧化锌压敏电阻过压保护后,重新对断态过电压进行了仿真。结果表明:补偿装置能多级、大范围调节容性无功,较之于其它快速补偿装置综合工程造价低,有望用于高压电网;装置故障时,会出现严重过电压,若过压保护动作后可使断态电压降低到允许范围内。 【期刊名称】东北电力大学学报 【年(卷),期】2015(000)002 【总页数】5
【关键词】关 键 词:变压式电容无功补偿;晶闸管开关装置;换级调节;断态过电压;压敏电阻 王建元,马雪珂
(东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012)
电容无功补偿装置是电力系统、电力网络及电力用户广泛应用的装置。它不仅可以提高功率因数、降低网损、提高电压质量,还可以提高超高压线路的输电能力。
现行的电容无功补偿方法均采用机械开关或晶闸管开关投切电容器组来改变运行的电容器容量,以实现无功功率的调节。机械开关投切电容器组(MSC)[1]虽投
资较省,但冲击电流较大,不能快速频繁操作,只适用于静态无功补偿和调压。晶闸管具有非常快的响应速度,从20世纪70年代起开始应用于交流输电系统。基于晶闸管开关控制的动态无功补偿装置例如:晶闸管控制电抗器(TCR)[2-3]、晶闸管投切电容器组(TSC)[4-6]、晶闸管控制电抗器--固定电容器(TCR+FC)[7-10]、基于逆变原理的静止无功发生器(SVG或STAT-COM)[11-14],还有磁控电抗器都能构成性能良好的无功电压调节控制装置。TSC、TCR和SVG虽能实现快速动态补偿,但是它们的单位造价都比较昂贵。以上装置还有一个特点:晶闸管在断续工作方式下直接承受其接入母线的网络电压(TCR)或2倍的网络电压(MSC、TSC、SVG)[10]。这就带来了一些问题:装置所接的母线电压不宜太高,国内TCR、TSC、STATCOM所接的最高母线电压目前分别是35 kV、10 kV、4 kV,要应用于220 -500 kV变电站,主变压器需设计第三绕组,甚至还需要加装中间变压器,因此构成设备多,增加了工程综合造价;晶闸管开关装置在主电路上作为调节器件,断态时承受的电压较高,所需晶闸管的工作容量较大,而且晶闸管工作电压高,触发系统成本也高。因此,降低晶闸管工作电压、提高装置接入的母线电压允许水平,且不过多增加附属设备是减少补偿装置工程造价的重要途径。文献[16]提出了一种新型的电容无功功率补偿方法—晶闸管变压式电容无功功率补偿,它是对俄罗斯类似CKY装置[17]进行了改进而提出的,即改进CKY。文献[18]在试验室进行了改进CKY单相装置的特性试验,结果表明该装置原理正确,投入和换级暂态性能良好。在此将补偿装置改造为容量为1 800 kvar的0 kV晶闸管串联调压电容无功补偿装置,无功调节范围为装置额定容量的17. 7% -102. 4%,且能实现13级分级调节。并且在故障情况下,对氧化锌压敏电阻接入系统前后的晶闸管开关的断态电压进行了仿真。
1 改进CKY接线方式的工作原理
改进CKY接线原理[16]见图1,装置的辅助变压器一次侧绕组直接接于工作母线上,二次绕组与晶闸管开关装置和电容器组串联后接于同一工作母线。通过改变辅助变压器二次绕组的等效匝数以改变变比,同时也改变了变压器二次绕组的附加电势,进而改变了电容的电压,从而调节电容发出的无功功率。 电容器发出的无功为:
式(1)中,UC为电容器两端的电压,XC为电容器容抗,U为工作母线电压,K为辅助变压器一、二次绕组的等效匝数之比。
从图1可看出改进CKY接线方式中晶闸管工作电压低,控制简单。本文提出的晶闸管串联调压电容无功补偿方法不同于传统的调节电容无功的方法,通过改变电容器端电压来大幅度调节电容无功。因此晶闸管承受的断态电压较低,显著减小了所需晶闸管的容量。这种方法的投资成本大大降低,是宜于在高压电网中普遍使用的一种无功补偿方法。
2 单相10kV改进CKY装置的参数设置
改进CKY装置的单相接线图如图2所示。装置电源电压UN= 10 kV;电容器参数UCN= 10 kV,ICN= 180 A,QCN= 1 800 kVar,XC= (500/9)Ω,C = 0. 573 uF;L为限流电感,用于限制故障短路电流和降低换级电流,XL= 0. 03XC,L = 0. 005 3 H。
图2中,变压器变比设为10/6 kV,变压器二次侧绕组由一个固定线圈及3个调节线圈构成,它们对应的匝数分别为w1∶w21∶w22∶w23∶w24=6∶3∶2∶1。1 - 12为晶闸管开关,每个晶闸管开关均只含有一对反并联的晶闸管,通过桥接晶闸管开关的通、断组合而实现各调节线圈与固定线圈正接、反接或不接,从而改
晶闸管变压式电容无功补偿方法的研究
