第十九講先進電力電子技術(shù)在超高壓輸電網(wǎng)中的應(yīng)用--(

1、第十九講：先進電力電子技術(shù)在超高壓輸電網(wǎng)中的應(yīng)用（主講：湯廣福 李功新） 文章來源：中國電能質(zhì)量資訊網(wǎng) www.electr- 湯廣福1，李功新2（1中國電力科學研究院，北京，100085；2福建省電力有限公司，福州市 350003） 摘要：隨著我國電網(wǎng)發(fā)展，如何大幅度提高電網(wǎng)資源的使用效率、克服輸配電的瓶頸，解決大電網(wǎng)穩(wěn)定性，成為亟待解決的戰(zhàn)略性的關(guān)鍵技術(shù)問題。先進電力電子技術(shù)的快速發(fā)展為解決這些挑戰(zhàn)性問題創(chuàng)造了有利的條件，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括高壓直流輸電、靈活交流輸電和定制電力技術(shù)三個方面。本文簡要介紹了電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況基礎(chǔ)上，重點闡述了由中國電科院自主集成的可控串補和靜止無功補

2、償器成套設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，強調(diào)了自主開發(fā)的重要性。最后論述了電力電子技術(shù)開發(fā)手段和應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；靈活交流輸電；可控串補；靜止無功補償器 中圖分類號： Study on the Application of Advanced Power Electronic Technology in EHV Power System Tang Guang Fu1, Li Gongxin2 （1China Electric Power Research Institute，Beijing 100085；2Fujian Provincial Electric Power Co., Fuzhou

3、350003） Abstract： It is a key technology problem how to improve greatly power grid efficiency, overcome transmission and distribution bottleneck, and solve power grid stabilization with the development of power grid in China. The advanced power electronic technology witch develops rapidly provides a

4、n advantageous condition for these challenge questions, and its application field mainly includes HVDC(High Voltage Direct Current)、FACTS(Flexible AC Transmission Systems)and Custom Power. This paper briefly introduces its development and application，expatiates the pivotal technology of TCSC（Thyrist

5、or Controlled Series Compensation）and SVC（Static Var Compensator）accomplished by China EPRI, then emphasizes the significance of self-development, and discusses its research means and application perspective. Key words： Power Electronic Technology，F(xiàn)ACTS，HVDC，TCSC，SVC 0 引言 現(xiàn)代電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)等與傳統(tǒng)電力技術(shù)的融

6、合產(chǎn)生了發(fā)展前景廣闊的電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)在高壓直流輸電(HVDC)、靜止無功補償器(SVC)等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。八十年代后期，為了充分利用已有的輸電設(shè)備、有效地控制系統(tǒng)潮流分布、提高對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制能力，提出了靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)并得到了很快發(fā)展，F(xiàn)ACTS裝置的目的都是通過利用大功率電力電子器件的快速響應(yīng)能力，實現(xiàn)對電壓、有功潮流、無功潮流等的平滑控制，從而在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)傳輸功率能力，改善電壓質(zhì)量，達到最大可用性、最小損耗、最小環(huán)境壓力、最小投資和最短的建設(shè)周期的目標?？煽卮a(TCSC)、新型無功發(fā)生器(STATCOM)、統(tǒng)一潮流控制器(UP

7、FC)等工業(yè)樣機相繼投運。九十年代中期，為解決日益突出的電能質(zhì)量問題，國外又提出了定制電力(Custom Power)技術(shù)，即把電力電子技術(shù)用在配電領(lǐng)域。屬于這類技術(shù)的新型電力設(shè)備，如配電用新型靜止無功補償器(DSTATCOM)、動態(tài)電壓恢復器(DVR)、靜止開關(guān)(SSB)等也相繼投運。我國對電力電子技術(shù)的研究經(jīng)過40多年的努力，特別是近十多年的迅速發(fā)展，在部分領(lǐng)域已經(jīng)初步形成了分析研究、試驗仿真、設(shè)備制造、系統(tǒng)集成的能力，但整體技術(shù)與國際先進水平相比還有較大的差距。 1 我國電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn) 我國的一次能源分布不平衡，煤炭儲量和可開發(fā)水能資源豐富，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求迅速增加，

8、電力工業(yè)增長勢頭迅猛。然而,我國各大區(qū)域裝機容量和電力消耗嚴重不匹配，這種情況下，國家提出了“西電東送”的戰(zhàn)略決策。至2020年我國西電東送的總?cè)萘繉⑦_到1.2億kW，主要體現(xiàn)在遠距離(15002000公里)、交直流混合輸電上,2005年已初步形成全國跨大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)。當前,我國電網(wǎng)的主要特點是：電網(wǎng)大容量、遠距離輸電增多；單位走廊的輸電能力和經(jīng)濟性亟待提高；穩(wěn)定特性發(fā)生變化，一些斷面穩(wěn)定水平亟待提高；可能存在動態(tài)穩(wěn)定問題；潮流變化大，需要加強潮流控制手段；加強電壓支撐，提高系統(tǒng)電壓控制能力。 11 面臨的主要問題 我國電網(wǎng)發(fā)展的趨勢和面臨的主要問題首先應(yīng)該是大幅度提高電網(wǎng)的輸電能力，滿足大容量

9、、遠距離送電的需要；其次，要在提高輸電能力的同時增強電網(wǎng)的安全可靠性以及改善電能質(zhì)量；再次，經(jīng)濟性和環(huán)境問題也是必須加以關(guān)注的主要問題。然而，當前要實現(xiàn)大規(guī)模輸電面臨諸多技術(shù)困難；大區(qū)電網(wǎng)強互聯(lián)的格局尚未形成；電網(wǎng)建設(shè)滯后，瓶頸增多，威脅電網(wǎng)安全；取得線路走廊和變電站站址日益困難。因此，如何在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的同時，大幅度提高電網(wǎng)資源的使用效率、克服輸配電的瓶頸，實現(xiàn)電力系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置，成為當前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 目前電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定已不是研究重點，電壓穩(wěn)定問題日益突出。以京滬穗電網(wǎng)為例，我國大型負荷中心存在的主要問題是：負荷中心有功熱備用減少（電廠少），使得動態(tài)無功支撐日益不足

10、；調(diào)相機由于維護不便及擾民等原因逐漸退出運行；負荷中心的空調(diào)等突增負荷所占比例越來越大；常規(guī)電容補償裝置不能適應(yīng)突增負荷需要；恒定功率負荷遞增，不利于電壓的恢復。這樣的系統(tǒng)一旦受到干擾，很容易出現(xiàn)動態(tài)無功不足，從而引起電壓穩(wěn)定問題。 全國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，形成總裝機容量超過1.4億千瓦，南北距離超過4600公里的超大規(guī)模同步的交流系統(tǒng)。目前，各區(qū)域電網(wǎng)500千伏主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不十分健全，區(qū)域電網(wǎng)間僅通過單回500千伏線路弱聯(lián)系。因此，整個互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問題比較突出。聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴大局部電網(wǎng)的故障將可能波及鄰近電網(wǎng)，在某些情況下可能誘發(fā)惡性連鎖反應(yīng)。影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的因素多元化，大型互聯(lián)電

11、網(wǎng)中一個斷面潮流的增加，可能造成整個電網(wǎng)動態(tài)品質(zhì)的惡化。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的安全穩(wěn)定控制可能與相鄰電網(wǎng)的某些運行條件及因素有較強的相關(guān)性。由此增加了電網(wǎng)運行安全控制的復雜程度。 12 電壓失穩(wěn)事故 （1）交流輸電線路N-2造成功率轉(zhuǎn)移引起暫態(tài)電壓不穩(wěn)定。 假定華北系統(tǒng)大房線雙回斷開，功率轉(zhuǎn)移到神頭-保北單回線路，造成北京環(huán)線上電壓降到0.7p.u，將造成大面積停電。假定上海電網(wǎng)500kV黃渡至石牌線路中一回停運，另一回短路斷開，也會出現(xiàn)電壓崩潰。 （2）負荷突增時系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題。 假定上海地區(qū)各個負荷點按照負荷突增模型突增8，黃渡區(qū)220kV的12條中9條母線電壓降低到0.8p.u.以下，造成

12、電壓失穩(wěn)。 （3）HVDC線路雙極故障引起的暫態(tài)電壓問題。 假定天廣、貴廣直流雙極閉鎖后，大量的功率會轉(zhuǎn)移到貴州廣西廣東的交流線路上，造成廣東電網(wǎng)電壓崩潰。 （4）國外類似的事故教訓 1987年7月23日東京發(fā)生大面積停電，造成在20分鐘后500kV電壓下降到76%。事后分析是因為對空調(diào)負荷增長估計不足，負荷當時每分鐘以1%總量上升。1978年的法國巴黎發(fā)生了電壓崩潰大事故。這是由于冬季供暖電動機負荷突然上升，造成低壓過流連續(xù)切線路的惡性循環(huán)。兩者的共同點都是對電動機負荷突然上升而帶來的動態(tài)無功功率不足所致；動態(tài)無功功率的需求量，遠比有記載上升有功功率要大，導致了電壓下降，更進一步造成了電容輸

13、出的無功減少和電動機負荷無功需求增加的惡性循環(huán)。 13 解決方法 上述問題對電網(wǎng)提出了前所未有的高要求，依靠傳統(tǒng)電力技術(shù)是無法同時滿足這些要求的，這些問題的解決都可以歸結(jié)到電力電子技術(shù)的應(yīng)用，串、并聯(lián)補償技術(shù)對電網(wǎng)傳輸特性的影響可以提高電網(wǎng)輸電能力，利用電力電子器件的快速、精確控制能力，可以提高電網(wǎng)可靠性、電壓質(zhì)量水平等，而定制電力技術(shù)的應(yīng)用可以改進配網(wǎng)輸電能力、配電質(zhì)量，解決用戶端電力質(zhì)量問題。因此，超高壓大容量電力電子技術(shù)的快速發(fā)展為解決我國電網(wǎng)這些挑戰(zhàn)性問題創(chuàng)造了有利的條件。經(jīng)過多年來我國產(chǎn)學研的聯(lián)合研究，已經(jīng)具備了一定的研發(fā)能力，為電力電子技術(shù)的工程化應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。 2 輸配電

14、電力電子技術(shù) 先進電力電子技術(shù)是將大功率電力電子開關(guān)器件的制造技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了有機的融合，已經(jīng)成為超高壓直流輸電、靈活交流輸電、大容量抽水蓄能電站、短路電流限制、節(jié)能降耗等現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)和裝備的核心。它主要包括直流輸電（HVDC）技術(shù)、靈活交流輸電（FACTS）和定制電力技術(shù)（Custom Power）?？梢灶A計，這項技術(shù)的進一步發(fā)展將會導致電力系統(tǒng)發(fā)生革命性的變化，大幅度提高輸電線路的輸送能力和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平，大大提高系統(tǒng)的可靠性、運行靈活性，甚至可以用大功率的電子開關(guān)取代傳統(tǒng)的機械斷路器，使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)變得像電子線路一樣便于控制。 21 HVDC技術(shù) 1954

15、年建成的瑞典通過海底電纜向哥特蘭島供電的輸電工程，是高壓直流輸電技術(shù)的第一次商業(yè)應(yīng)用，采用的是汞弧閥。70年代開始，汞弧閥被晶閘管所替代，變流裝置的經(jīng)濟性和可靠性得到了很大的提高，直流輸電發(fā)展十分迅速。隨著交流電網(wǎng)日趨擴大，一方面帶來可觀的聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟效益，但也帶來許多困難的問題，如功率潮流控制越來越復雜，長距離大容量輸電的經(jīng)濟性問題、穩(wěn)定性問題、跨海聯(lián)網(wǎng)問題等。在這些方面，恰好能發(fā)揮高壓直流輸電的優(yōu)勢。直流輸電的應(yīng)用場合歸納以下兩大類： （1）在不同頻率的聯(lián)網(wǎng)、因穩(wěn)定問題而難以采用交流、遠距離電纜輸電等，這些技術(shù)上交流輸電難以實現(xiàn)而只能采用直流輸電的場合。 （2）在技術(shù)上兩種輸電方式均能實現(xiàn)，但

16、直流比交流的技術(shù)經(jīng)濟性能好。 目前，在電網(wǎng)建設(shè)中，直流輸電主要應(yīng)用于遠距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、直流電纜送電和輕型直流的應(yīng)用。從1954年至2000年，全世界共有63個直流輸電工程投入運行，總?cè)萘考s為80GW。目前世界上雙極容量最大的是伊泰普（ITAIPU）工程，±600kV雙極的容量為3150MW。我國從60年代初便開始了直流輸電技術(shù)的跟蹤，自70年代起步研究，至1978年在上海投運了第一條31kV、150A、長度9km的直流輸電試驗線路，累計運行2300h。1987年完成寧波至舟山的直流試驗工程。1990年，標志著我國高壓直流輸電工程進入世界先進行列的葛上500kV直流工程投

17、運，并引進相關(guān)技術(shù)。但是直流工程未能銜接，直到1997年建設(shè)天廣直流時又重新引進了部分技術(shù)。1998年在研究三峽一回直流時，在引進技術(shù)和合作生產(chǎn)中盡可能考慮增加國內(nèi)分包的份額，而且前期咨詢工作采用中外合作以我為主、自己多做工作的方式，為我國直流進一步國產(chǎn)化打下基礎(chǔ)。隨著三峽送出三常直流和西電東送天廣直流、三廣直流、貴廣直流輸電工程的相繼建成投產(chǎn)，我國成為世界上擁有直流輸電系統(tǒng)最多的國家，其中已建成、運行五條±500kV 直流輸電線路，雙極輸送容量均達3000MW。我國現(xiàn)已規(guī)劃近20條直流工程，根據(jù)直流輸電的特點，無論是傳統(tǒng)直流輸電還是輕型直流輸電技術(shù)都將在我國電力系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前

18、景。 常規(guī)的晶閘管高壓直流換流站，需要裝設(shè)占換流容量的40%&O1566;60%的無功補償設(shè)備，致使換流站成本和占地面積大大增加。在這方面，換流技術(shù)的最新發(fā)展，當前體現(xiàn)在兩個方面：電壓源換流器（VSC），即輕型直流輸電技術(shù)和電容器換相換流器（CCC）。兩者都可大大改善換流器的無功特性，減少換流站需要的無功補償設(shè)備。 22 FACTS技術(shù) 靈活交流輸電技術(shù)（FACTS）是通過利用大功率電力電子器件的快速響應(yīng)能力，實現(xiàn)對電壓、有功潮流、無功潮流等的平滑控制，在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)傳輸功率能力，改善電壓質(zhì)量，達到最大可用性、最小損耗、最小環(huán)境壓力、最小投資和最短的建設(shè)周期的目標

19、。FACTS技術(shù)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，第一代FACTS技術(shù)，如可控串補（TCSC）、靜止無功補償器（SVC）等是基于自換相的半控器件的FACTS裝置，第二代、第三代FACTS裝置都是基于可關(guān)斷器件GTO、IGBT、IGCT等組成的變流器，包括靜止無功發(fā)生器（STATCOM）、靜止同步串聯(lián)補償器（SSSC）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）和相間功率控制器（IPFC）等。 目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)部門投入運行的SVC已超過1000套，在電力系統(tǒng)投入運行的TCSC工程有8套、STATCOM代表性工程接近10套。在我國原先有5個500kV變電站安裝了6套SVC裝置，均為進口（因落后陸續(xù)推出運行）。國內(nèi)第一套投運

20、的TCSC項目是南方電網(wǎng)平果500kV串補工程，是全套引進SIEMENS。2002年在國家電網(wǎng)公司的主持下，由中國電科院技術(shù)總集成，分別在遼寧鞍山和甘肅成碧實施的100Mvar SVC、220kV TCSC科技示范工程，均于2004年底前投運，表明國內(nèi)現(xiàn)已初步具備第一代主要FACTS裝置的集成能力，可以進行推廣應(yīng)用。另外，由國家電網(wǎng)公司主持的&O1617;50Mvar STATCOM先導性科技示范工程計劃于2006年在上海電網(wǎng)投運。當前，我國電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要問題是滿足大規(guī)模輸電的要求和保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，同時要保證經(jīng)濟性和可持續(xù)發(fā)展。這些問題的解決，迫切需求更多FACTS裝置在我國

21、電網(wǎng)大面積的推廣應(yīng)用。 23 Custom Power技術(shù) 定制電力是指將電力電子裝置或稱靜態(tài)控制器，用于1kV到35kV的配電系統(tǒng)，以向?qū)﹄娔苜|(zhì)量敏感的用戶所提供的電力達到用戶所需可靠性水平和電能質(zhì)量水平。定制電力設(shè)備（或稱控制器）采用先進的大功率可關(guān)斷電力電子器件（如IGBT、IGCT、IEGT等）和數(shù)字信號處理器（DSP）測控技術(shù)，來實現(xiàn)對供電電壓的動態(tài)調(diào)節(jié)和補償。定制電力技術(shù)（CP，Custom Power）主要用于配電系統(tǒng)故又稱為配電靈活交流輸電（DFACTS）技術(shù)。 自二十世紀八十年代末，國外便開始了定制電力技術(shù)措施的專題研究，并陸續(xù)地推出了相應(yīng)的固態(tài)切換開關(guān)（STS）、靜態(tài)電壓調(diào)

22、整器（SVR）、靜態(tài)串聯(lián)補償器（SSC）、配電無功發(fā)生器（DSTATCOM）等產(chǎn)品化裝置，并進行能量儲存技術(shù)、靜態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)、故障電流限制器、有源濾波及統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）等技術(shù)的研發(fā)和工程示范。這些技術(shù)的應(yīng)用電壓等級均為6&O1566;35kV。其中，STS的最大短路電流達25kA，響應(yīng)時間小于1個周波，最大容量達6.9MVA；SSC的響應(yīng)時間小于1/4周波，最大容量達10MVA，采用電容器或超導儲能；DSTATCOM的響應(yīng)時間小于1/4周波，最大容量達20MVA，采用電容儲能。 定制電力技術(shù)所要解決的問題主要是電網(wǎng)中普遍存在的“電壓跌落”。電能質(zhì)量調(diào)查顯示：在所有配電系

23、統(tǒng)事故中，電壓跌落占70%80%；而在輸電系統(tǒng)事故中，電壓跌落所占的比例超過96%。定制電力技術(shù)所解決的電能質(zhì)量問題主要源于電力系統(tǒng)故障，其受影響的用戶往往對電能質(zhì)量和供電可靠性較一般用戶有更高的要求。一次電能質(zhì)量事故將導致嚴重的經(jīng)濟損失或重大的社會影響。目前在歐美各國對電壓跌落的關(guān)注程度比其它有關(guān)電能質(zhì)量問題的關(guān)注程度要大得多，在我國，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電壓跌落和短時斷電的影響也逐漸引起了供電公司、用戶及制造廠商的關(guān)注，特別是在一些高科技園區(qū)、大型醫(yī)院、電信、銀行、軍工和重要的政府部門等。 串聯(lián)補償主要針對源自配電系統(tǒng)的電壓驟降和突升。而并聯(lián)補償則通過電壓調(diào)節(jié)或無功補償針對波動負荷、非線性

24、負荷或大負荷的切合。如果并聯(lián)補償再配以儲能系統(tǒng)和靜態(tài)斷路器，可在完全斷電的情況下，向重要的負荷供電。 3 可控串聯(lián)補償技術(shù) 中國從1954年開始研究和采用串補技術(shù)，六、七十年代分別在220kV線路和330kV線路上采用串補提高輸電能力。后因系統(tǒng)條件變化和環(huán)保等原因，這些裝置先后退出運行。1995年在國家自然科學基金會、原電力工業(yè)部和東北電力集團的資助下，以伊敏輸電工程為背景，由中國電科院牽頭，十多家單位共同參與，歷時4年，在一些基礎(chǔ)理論研究方面取得重要突破。2004年,在國網(wǎng)公司領(lǐng)導下，進行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和樣機研制。2002年，啟動串補示范工程實踐，并于2004年12月27日完成了第一個國產(chǎn)化可

25、控串補工程。 31 甘肅成碧可控串補工程 甘肅隴南地區(qū)水電豐富，最大送電電力為356.6MW，通過一回140公里220kV線路與成縣變電所相聯(lián)，在成縣消納一小部分電力后經(jīng)120公里成縣至天水330kV線路送入甘肅主網(wǎng)。該系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定問題突出。根據(jù)穩(wěn)定計算，碧口至成縣單回220kV 線路暫態(tài)穩(wěn)定極限為235MW，不能滿足碧口地區(qū)最大送電要求。碧口至成縣線路沿途幾乎均為山區(qū)，架設(shè)第二回線路，不僅造價高昂，還要大量砍伐森林。為了有效地解決輸送能力問題，對碧口電力外送采用串補技術(shù)進行了研究。經(jīng)研究采用50%可控串補方案能夠滿足碧口地區(qū)電力外送的要求，碧口至成縣線路的暫穩(wěn)極限由235MW提高到345MW

26、，還可以解決碧口電廠對主系統(tǒng)的低頻振蕩問題，改善隴南地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。在碧口成縣線路上加裝50的可控串補比建設(shè)第二回線節(jié)省投資約1.0億元。串補裝置安裝在成縣變電所220kV線路側(cè)。 甘肅碧成可控串補工程由中國自主設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試?？煽卮a裝置由中國電力科學研究院系統(tǒng)集成。2004年12月27日，該工程一次投運成功。 3.2成碧可控串補的關(guān)鍵設(shè)備 甘肅成碧220kV可控串補裝置除串聯(lián)電容器和旁路斷路器外，其它主要設(shè)備全部由中國電力科學研究院研制或集成，包括測量和控制系統(tǒng)、晶閘管閥組件、MOV、保護間隙、阻尼回路等。 （1）晶閘管閥 成碧可控串補裝置的閥由26層晶閘管閥層組成，每層晶閘管

27、閥層由反并聯(lián)的晶閘管對、觸發(fā)和檢測板（TE板）、阻容吸收回路、直流均壓電阻等組成。三相相控晶閘管閥容量達100Mvar，每相相控閥的額定連續(xù)電壓為26.3kV，10秒鐘過電壓達47.4kV，額定連續(xù)電流為920A，10秒鐘過電流達1683A。晶閘管閥采用電觸發(fā)晶閘管（ETT），其觸發(fā)系統(tǒng)基于多模星型耦合器，采用冗余的光纖觸發(fā)通道，提高了晶閘管閥觸發(fā)信號的可靠性。TE板采用電壓和電流復合取能方式，擴大了可控串補裝置的工作范圍；TE板還可以自動辨別閥控系統(tǒng)的觸發(fā)命令，實現(xiàn)三種觸發(fā)方式的無縫轉(zhuǎn)換，具備專有的自糾錯功能。晶閘管閥層采用擊穿二極管（BOD）進行快速保護，并采用密閉式水冷卻方式。 （2）控

28、制保護系統(tǒng) 成碧線可控串補的二次系統(tǒng)主要包括平臺測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制保護調(diào)節(jié)系統(tǒng)、當?shù)毓ぷ髡菊究叵到y(tǒng)、閥的監(jiān)測和控制系統(tǒng)以及故障錄波和回放系統(tǒng)等?？刂票Ｗo系統(tǒng)由完全相同的A、B兩個系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)匯總部分、MOV保護、電容器保護、平臺保護、控制調(diào)節(jié)、I/O單元、TFR部分構(gòu)成，具有當?shù)睾瓦h程控制、晶閘管觸發(fā)及監(jiān)護、與水冷卻控制系統(tǒng)相聯(lián)以及“五防”等功能，能與線路保護配合。A、B系統(tǒng)完全獨立且功能完全相同，對串補設(shè)備形成冗余保護；兩套系統(tǒng)的控制部分互為備用，根據(jù)運行情況以及運行人員的指令進行主備切換。當一套系統(tǒng)退出運行時，另一套系統(tǒng)仍能穩(wěn)定工作，保證了可控串補裝置的可靠性。 數(shù)據(jù)采集

29、系統(tǒng)由平臺數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、平臺電源子系統(tǒng)、母線電壓子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯總子系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)將被測模擬量通過電光集中轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，經(jīng)高壓光纖絕緣子將平臺上的各種測量數(shù)據(jù)傳遞到保護控制系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有功耗低、抗干擾能力強、測量范圍寬、可靠性高、對運行環(huán)境的適應(yīng)性強等特點。 （3）保護間隙 成碧可控串補的額定電壓有效值只有26.3kV，火花間隙采用了單間隙型式，由閃絡(luò)間隙和續(xù)流間隙構(gòu)成。閃絡(luò)間隙為羊角型間隙。該間隙對電弧具有很強的驅(qū)動力，當間隙擊穿后，能使電弧弧道迅速離開間隙電極，進入續(xù)流間隙繼續(xù)燃燒。續(xù)流間隙具有長時間大電流的抗燒蝕能力，間隙電極不僅采用了耐電弧燒蝕的材料，而且在電極上加工了能

30、使電弧弧根受電動力影響而移動的電流導向斜槽，使電弧弧根在電極表面均勻地循環(huán)燃燒，進一步提高了材料的耐燒蝕能力。 通過整定間隙距離，閃絡(luò)間隙的自擊穿電壓一般比MOV殘壓高10%，因此在線路故障時，間隙不會自放電。閃絡(luò)間隙兩側(cè)的電極上分別安裝了點火裝置，對成碧可控串補來說，當間隙上的電壓瞬時值達到1.83pu（約68kV）以上時，如果觸發(fā)系統(tǒng)接到了來自地面保護系統(tǒng)的觸發(fā)命令，則點火裝置將閃絡(luò)間隙擊穿形成電弧。為提高點火裝置的可靠性，設(shè)計了同步觸發(fā)系統(tǒng)和消除放電電壓極性的雙觸發(fā)系統(tǒng)。 （4）阻尼裝置 成碧可控串補的限流阻尼裝置采用電抗器加MOV串電阻器的阻尼回路設(shè)計。阻尼裝置電抗器采用干式空芯電抗器

31、，自振頻率為752Hz；限制電容器組的最大電流峰值小于50kA；限制間隙中的最大電流峰值小于100kA；電容器組的放電電壓衰減至10%以下的時間小于5ms。采用串聯(lián)無感陶瓷電阻片解決多柱MOV并聯(lián)時的均流問題，阻尼回路MOV各柱間電流的不平衡系數(shù)小于2%，提高了阻尼回路的可靠性。 （5）金屬氧化物限壓器 MOV采用多柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每四柱為一個單元。金屬氧化物電阻片的伏安特性具有一定的分散性，為防止因分流不均造成限壓器損壞，需要相對準確地測量每個電阻片的伏安特性曲線，并根據(jù)實測結(jié)果配片，使每個電阻柱在“配片電流”下的總殘壓盡量接近。為了確保MOV在整個動作電流區(qū)段內(nèi)的最大不平衡度都能滿足要求，需預

32、測最大不平衡度，成碧TCSC的MOV各柱間電流不平衡系數(shù)的理論設(shè)計值小于1.5。 4 靜止無功補償技術(shù) 國內(nèi)的理論研究及探討的文章不少，但此前國產(chǎn)化產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)缺少實質(zhì)性的工作，主要依賴于引進技術(shù)或引進成套裝置。80年代初引進原BBC的SVC制造技術(shù),基于晶閘管閥水冷卻、光電觸發(fā)，但控制器仍采用模擬控制。未能得到廣泛推廣應(yīng)用,主要原因是引進技術(shù)的就已經(jīng)落后,不具備自主創(chuàng)新能力。90年代初引進烏克蘭的SVC制造技術(shù)，基于熱管散熱、電磁觸發(fā)，控制器采用單片機控制。主要面向中小容量，得到一定程度的推廣應(yīng)用,但其核心技術(shù)相對原BBC技術(shù)而言更加落后,也不具備自主創(chuàng)新能力。截至1990年所引進用于輸

33、電系統(tǒng)的6套SVC裝置，均基于分立器件的模擬控制技術(shù)，閥體結(jié)構(gòu)復雜，故障率高，陸續(xù)推出運行，工業(yè)領(lǐng)域的早期SVC裝置也都陸續(xù)退出歷史舞臺。針對這種現(xiàn)狀，國家發(fā)改委、國網(wǎng)公司為了打破國外壟斷局面，促進SVC國產(chǎn)化應(yīng)用，改善電能質(zhì)量，提升整個國家電網(wǎng)的運行水平，自1999年，先后下達了系列科技項目。中國電科院進行持續(xù)六年的研發(fā)和工程實踐，獲得了圓滿的成功。 41 鞍山紅一變SVC工程 鞍山紅一變是東北電網(wǎng)的樞紐變電所。有四臺120MVA主變，總?cè)萘繛?80MVA；無功補償采用1939年制造的2臺總?cè)萘繛?0Mvar的調(diào)相機，其中一臺已經(jīng)報廢，另一臺也只能發(fā)20Mvar的無功，面臨報廢。紅一變主要肩

34、負為鞍山鋼鐵公司的供電任務(wù)。鞍山鋼鐵公司的負荷具有大容量、沖擊性的特點，而鞍山地區(qū)沒有大的電源支撐，鞍山紅一變的動態(tài)無功補償措施與其樞紐變和負荷中心的重要地位極不相稱。 在紅一變220kV變電站加裝一套100Mvar SVC替代同步調(diào)相機，其中包括SVC在35kV側(cè)設(shè)計輸出的動態(tài)無功容量為+80Mvar(容性)-50Mvar(感性)，TCR回路可調(diào)感性無功為0-55.9 Mvar，包括一組晶閘管控制電抗器，6組單調(diào)諧濾波器，即3次、5次、7次各兩組，掛接#3、#4主變的三次側(cè)；在主變66kV側(cè)還設(shè)置了一組串聯(lián)電抗率為5%的20Mvar固定電容器補償支路，掛接#3、#4主變的二次側(cè)。SVC裝置一

35、次原理主接線如圖2所示。 紅一變SVC工程由中國自主設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試。SVC裝置由中國電力科學研究院系統(tǒng)集成。2004年9月13日，該工程一次投運成功。 42 SVC主要設(shè)備 鞍山紅一變SVC裝置由中國電力科學研究院研制，一次系統(tǒng)由濾波器組和TCR支路構(gòu)成，二次系統(tǒng)則主要包括控制、保護和測量系統(tǒng)。 （1）濾波器組 濾波器組主要由電力電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、刀閘、電流互感器、斷路器等主要一次元件組成。其中串聯(lián)電抗器與電容器串聯(lián)諧振于特定諧波頻率，對特定諧波呈現(xiàn)低阻，實現(xiàn)諧波濾除功能。同時，對50Hz工頻呈現(xiàn)容性，在SVC系統(tǒng)中提供容性無功。TCR支路主要由相控電抗器、穿墻套管

36、、避雷器、晶閘管閥組、刀閘、斷路器、線電流互感器、相電流互感器等主要一次元件組成。 （2）TCR裝置 TCR采用三角形接線，其中每相電抗器分裂成兩個，分別位于閥組兩側(cè)，可減小相控電抗器短路時的短路電流。晶閘管閥組可受控改變流過相控電抗器的電流，實現(xiàn)調(diào)節(jié)TCR電流的作用。晶閘管閥組作為TCR的核心部件，其快速開斷能力是實現(xiàn)快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功的基礎(chǔ)。在所有一次設(shè)備中，其結(jié)構(gòu)也最為復雜，是TCR核心技術(shù)之一。晶閘管閥組由晶閘管元件、阻尼電阻、阻尼電容、水冷散熱器、晶閘管電子板等組成。晶閘管電子板也被稱為TE板，實現(xiàn)電光電觸發(fā)方式下閥高壓側(cè)取能、脈沖編解碼、自動重觸發(fā)、BOD后備觸發(fā)、靜態(tài)均壓等功能。

37、（3）密閉式水冷系統(tǒng) 晶閘管閥組直接串聯(lián)在一次主回路中，TCR主電流流過晶閘管元件產(chǎn)生的通態(tài)損耗和晶閘管開關(guān)過程中產(chǎn)生的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)換為熱能。為可靠高效的將熱量帶走，采用了水風方式的密閉式水冷系統(tǒng)。密閉式水冷系統(tǒng)由主循環(huán)泵、去離子樹脂、緩沖罐、氮氣瓶、補液泵、補液罐、加熱器、精密過濾器、戶外水風換熱器等主要部件組成。包括流量、壓力、溫度、濕度、電阻率、液位在內(nèi)的多個電氣量被實時檢測，通過高性能PLC實現(xiàn)對水冷系統(tǒng)的實時監(jiān)視和保護控制。 （4）控制、保護和測量系統(tǒng) SVC二次控制及保護系統(tǒng)由監(jiān)控屏、調(diào)節(jié)屏、人機界面屏、保護屏、故障錄波屏、交直流系統(tǒng)等組成。為方便運行人員，配備了遠方工作站，所有信息

38、和通過光纖方式與就地控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)。調(diào)節(jié)及監(jiān)控核心部分由調(diào)節(jié)單元、監(jiān)控單元、VBE單元、VM單元、操作邏輯單元等組成，所有單元均為全數(shù)字化智能單元。內(nèi)部通訊聯(lián)絡(luò)采用了分層分布式結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)單元采用高速DSP和大規(guī)模FPGA為核心的控制板，實現(xiàn)針對輸電網(wǎng)特點的TCR調(diào)節(jié)控制算法。監(jiān)控單元采用高可靠嵌入式系統(tǒng)，負責對SVC一二次設(shè)備進行全面的監(jiān)控與保護。控制系統(tǒng)與閥組的聯(lián)結(jié)采用光纖方式，可有效隔離高低電位，減少閥組對控制系統(tǒng)產(chǎn)生的傳導性干擾。 5 結(jié)束語 （1）先進電力電子裝置可以提高現(xiàn)有電網(wǎng)輸電能力，滿足長距離大容量輸電需要，在一定程度上調(diào)節(jié)電力資源優(yōu)化配置，并能穩(wěn)定大型負荷中心電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，有效防止大面積停電發(fā)生，改