基于磁控電抗器的電壓與無功補償方案

基于磁控電抗器的電壓與無功補償方案

1系統(tǒng)電壓不過高隨著系統(tǒng)負荷的增加和電壓水平的逐漸提高，對無功率的需求也發(fā)生了變化。從最初的補償能力來看，現在它需要補償能力和無能力的聲音，并進行連續(xù)調整。特別是在負荷增加的情況下，我們需要提供更多的容性消耗，以滿足礦山的無法性要求，穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓。另一方面，我們必須提供功能性的聲音，平衡輕載中的各種電纜的充電功率，確保系統(tǒng)的電壓不過高。傳統(tǒng)的投切電容器(例如固定電容器、開關投切電容器、晶閘管投切電容器等)在很長一段時間內為維持電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用,但因其補償呈階梯性、無法同時提供感性和容性無功、開關頻繁切換等一些缺點,已不再滿足電力系統(tǒng)更高的要求。因此,目前迫切需要能提供感性和容性無功、并在感性和容性無功范圍內能實現連續(xù)可調的新型無功補償方案。2無功補償裝置性能比較針對已有無功補償方案暴露的問題,人們研制了多種新型無功補償調節(jié)裝置來彌補傳統(tǒng)投切電容器的不足,如TCT(晶閘管控制高阻抗變壓器)、TCR(晶閘管控制電抗器)、TSC(可控硅投切電容器)、MSR(開關投切電抗器)、SR(自飽和電抗器)、SVG(靜止無功發(fā)生器)等。表1對其中的4種與基于磁控電抗器(MagneticallyControlledReactor,MCR)的無功補償裝置的性能做了比較。由表1不難看出,基于MCR的動態(tài)無功補償裝置具有在容性至感性無功范圍內連續(xù)可調、產生諧波小、易于維護、成本低等優(yōu)點,適合電力系統(tǒng)的發(fā)展要求,具有較好的應用前景。3mcr的基本原理MCR是可控電抗器中的一種,其鐵心具有截面積較小的一段,在整個容量調節(jié)范圍內只有面積較小的一段磁路飽和,其余段均處于未飽和線性狀態(tài),通過改變小截面段的磁路飽和程度來改變電抗器的容量。磁控電抗器制造工藝簡單,成本低廉,對于提高電網的輸電能力、調整電網電壓、補償無功功率以及限制過電壓均有巨大的應用潛力。(1)MCR電路接線圖及工作原理圖1為MCR的結構圖和電路圖。電抗器的主鐵心分裂為兩半,每一半鐵心的中部都有一個小截面段。每一半鐵心的上下兩繞組各有一個抽頭,其間跨接可控硅。不同鐵心的上下兩個繞組交叉連接后并聯到電網中,續(xù)流二極管則橫跨在交叉端點上。在電源的一個工頻周期內,可控硅輪流導通,二極管續(xù)流。改變可控硅的觸發(fā)角便可改變控制電流的大小,從而改變電抗器鐵心的飽和度,平滑、連續(xù)地調節(jié)電抗器的容量。(2)MCR的控制特性MCR的基波電流標幺值為式中β為鐵心飽和度。可控硅的觸發(fā)角α與β的關系為α與可控硅電流的關系如圖2所示。(3)MCR的諧波特性MCR的諧波電流為式中In表示n次諧波電流標幺值。在電抗器的整個容量調節(jié)范圍內,電抗器注入電網的3、5、7次諧波電流幅值與額定基波電流幅值相比很小,分別不超過6.89%、2.52%、1.29%。由于各次諧波的最大值是相互錯開的,故得到的電流波形畸變系數很小。通過三相三角形接線方式可以限制3次諧波電流只在電抗器內流動而不注入電網。單相MCR的諧波電流理論值如圖3所示。(4)小結MCR作為一種借助直流控制的新型鐵磁可控電抗器,利用電網電壓本身通過繞組自耦變壓經晶閘管元件整流獲得控制電源,不需外加勵磁。它將工作繞組和控制繞組有機地結合在一起,有利于減少損耗、簡化結構。在電抗器的整個工作范圍內,只有截面積較小的一段鐵心飽和。由于MCR的結構特殊,故它具有較小的諧波、近似線性的伏安特性、較小的損耗以及較快的響應速度。一般將電抗器組接成三角形,在電抗器的整個容量調節(jié)范圍內(α=0~180°)各次諧波分量都很小(3次諧波及其倍頻電流在三角形中流通但不流入電網),其中5次諧波電流不超過額定基波電流分量的3%,因此,MCR可直接并入電網運行而無需任何附加濾波裝置。4mcr無功補償電路(1)控制原理220kV變電所一般有110kV和10kV(或35kV)出線,且一般都采用高壓電纜。由于高壓電纜的充電功率較大,故系統(tǒng)負載較輕時將明顯提高一次側的功率因數。根據文獻中5.12條的規(guī)定:“對220kV變電所,在切除并聯電容器后,其一次母線功率因數高于0.98時,應裝設并聯電抗器”,以及能源電218號文件的規(guī)定:“變電所需補償無功設備,使最大負荷時一次側功率因數不低于0.95”。當出線較多時,對于220kV變電所不但要進行容性無功補償,還需進行感性無功補償。對無功功率的補償一般在10kV側進行?；贛CR的無功補償一次原理圖如圖4所示,MCR與變電站原有的VQC(電壓無功綜合控制裝置)并聯于同一10kV母線上。實現從最大容性無功到最大感性無功的連續(xù)調節(jié),當負載的無功電流發(fā)生變化時,改變可控硅的觸發(fā)角可以改變流過可控電抗器的電流,從而維持系統(tǒng)電壓或功率因數不變。例如,當電壓降低時增大MCR的等效電抗值可以減小流過電抗器的電流,從而維持電壓不變,反之亦然。(2)運行數據下面以具體運行數據說明利用基于MCR的無功補償裝置進行無功補償的效果。電纜的充電功率記為0.38Mvar,變壓器漏抗為0.42?,線路電抗為0.18?,無功補償的結果列于表2。(3)數據分析由表2可見,系統(tǒng)處于高峰負荷時,功率因數0.932小于國家相關標準的規(guī)定值,需進行容性無功補償。投入1.2Mvar的容性無功后,功率因數提高到0.975,滿足大于0.95的要求。當系統(tǒng)處于低谷負荷時,由于電纜的充電功率較大而負載較輕,所以功率因數提高到0.998(超前),大于規(guī)定的0.98,抬高了線路末端電壓,這時需要投入并聯電抗進行感性無功補償。5基于雙向無功補償的無功優(yōu)化調節(jié)方案在原有VQC系統(tǒng)的基礎上,增設基于MCR的動態(tài)無功補償裝置可達到如下效果:(1)電抗器采用可控硅控制,其容量可以連續(xù)無級調節(jié),消除了僅有電容器投切時的階梯式無功補償,實現無功的真正就地平衡,降低網損,提高系統(tǒng)的傳輸能力。(2)雙向的無功功率補償擴大了變電站無功調度的工作范圍,達到了無功優(yōu)化調節(jié)的目的,為電網的無功控制提供了有效手段。(3)擴大了變電站的無功調節(jié)容量,具有更優(yōu)越的電壓調節(jié)效