磁阀式电抗器在城市电网的应用

摘要：本文介绍了磁阀式电抗器的工作原理、线性拟合自适应PID闭环控制技术和高压无源光控技术在磁阀式电抗器控制系统中的应用；为满足磁阀式电抗器在城区户外布置的要求，从装置本体设计上采取一系列降噪设计；最后总结了该设计方案示范工程在试运行阶段的运行情况。

关键词：线性拟合自适应高压无源光控技术 降噪

中图分类号：O434文献标识码： A

Application of Magnetically-Controlled Reactor in Urban Power Network

CHEN Shaojun,LIN xiuwu,LIN bo,ZHENG Jianhui

(Electric Power Research Institute Fujian Provincial Electric Power Co.LtdFuzhou 350007,China)

ABSTRACT: This paper introduced the principle of Magnetically-controlled Reactor、the application of Linear fitting and auto-adapted PID closed-loop controlling technology and High-pressured passive lighting controlled technology in the controlling system to the Magnetically-Controlled Reactor. In order to satisfy installing in the urban outdoors areas of Magnetically-Controlled Reactor, Adopted a series of noise reduction design on the designs of the installment body.Finally Summarized the operational aspect of the Demonstration project in the test-running stage.

KEY WORDS: linear fitting and auto-adapted. High-pressured passive lighting controlled technology. noise reduction

0.前言

随着城市电网大量使用电缆，充电功率增加，电网无功、电压和力率出现一些新的问题。传统的做法是装设固定联接的并联电抗器以吸收过剩的无功、抑制工频过电压，但弊端是增大了等效阻抗、降低了自然功率和线路的传输能力、增大了输电成本，且投切将造成电压阶梯状变化。而采用磁阀式电抗器不仅可限制此种工频过电压，而且还能大幅度地限制因线路开关操作而产生的操作过电压，在系统受到某种大的干扰时，可控电抗器由于动态响应快速，能自动保持甚至提高端点电压，利于系统的稳定运行，同时因为磁阀电抗器具有平滑调节功能，可随时吸收多余的无功，平滑调节电压水平，可减少电容器组投切次数。

1．磁阀式电抗器技术原理

磁阀式电抗器(Magnetically Controlled Reactor-MCR)是借助控制回路直流控制电流的激磁（即工作点）来改变铁心的磁饱和度，从而达到平滑调节其无功容量输出的电磁装置。磁阀式电抗器具有谐波含量小、结构简单、可靠性高、价格低廉、占地面积小等显著优点，并且控制灵活，响应时间快，不仅可以平滑调节系统的无功功率，实现真正的柔性输电，还可抑制工频过电压和潜供电流，降低线路损耗，大大提高系统的稳定性和经济性。

图1 磁阀电抗器的单相等效电路图

2.磁阀电抗器控制策略

（1）线性拟合自适应PID闭环控制技术

磁控电抗器属于非线性负载，不同型号，不同工作区间的闭环响应特性不一样，要实现优化控制的PID参数也不一样。为了使控制器适应不同型号的电抗器，并在同一台电抗器在不同工作区间工作时的闭环控制达到最优，研发出了一种线性拟合自适应PID闭环控制技术。控制器在用户需要时进行负载特性测试，测试完成后自动对非线性特性进行分段线性闭环参数匹配，在以后的运行中就能够对非线性的电抗器负载进行一个较为优化的控制。

图2 系统电压无功闭环控制传递函数

（2）高压无源光控技术

磁控电抗器技术方案相比较其它无功补偿设备的一个技术优势就是适应高电压工况。但是要实现高电压等级的磁控电抗器控制技术的瓶颈主要是控制信号的隔离问题。一些厂家采用的脉冲变隔离技术不能实现110kV及以上电压等级的控制信号传输要求，有的厂家采用激光取能电路来实现控制信号的传输，这种方案虽然解决了控制信号的高压隔离问题，但是存在长期运行可靠性低的严重问题。本项目设计的一套高压取能电路，有效解决了控制信号的高电压隔离传输问题，使磁控电抗器控制系统不受电网电压等级的限制，可以控制任意电压等级的磁控电抗器，能够满足到最高达1000kV电压等级磁控电抗器的控制要求。

高压无源光控技术的实现，成功的将各种电压等级的高压脉冲变替换为普通的低压脉冲变，突破了电网电压等级的限制，可以控制任意电压等级的磁控电抗器。与此同时极大地降低了系统成本和体积，提高运行可靠性。

（3）装置控制策略

系统控制模式包含有恒功率因数模式、恒无功模式和恒电压模式三种模式。单台控制器对应变电站单台主变，采集主变高、中、低压侧电流、电压值，计算各侧有功、无功、功率因数等，以一侧或几侧的电气量为控制目标，在保证各侧电气量在允许范围内的前提下，按照高、中、低压侧的优先顺序，控制磁阀电抗器可控硅的导通角，进而控制投入的电抗值大小。

图3 装置控制策略流程图

3.工程降噪设计

本次设备安装点为市区220kV户内变，且由于建筑屋内空间有限，装置只能安装在户外，距离周边生活住宅区不足20m。所以本次工程设计的重点之一就是要满足户内变噪音的要求（完全满足《工业企业厂届环境噪声排放标准》中第２类厂届外声环境功能区的噪音排放限值≤50dB要求）。为此，装置采用如下特殊设计：

（1）MCR设备本身配备降噪装置，并广泛应用降噪技术，使用降噪材料：在铁心这个主要噪声源中设置减震橡胶，有效降低铁心震动导致的噪声。

（2）MCR本体安装于减震底座上，底座与MCR及地基之间为设有特殊的缓冲材料，实现柔性连接，减少噪声的传播。

（3）外部设有降噪箱壳，箱壳分为墙壁和坡形房顶，整体结构为钢筋混凝土，外部有装饰性墙面砖瓦，内部根据产品容量大小设有100mm以上厚度的隔音材料层。

（4）为保证散热良好，散热器远离MCR，集中安装于箱壳外部。

图4 减震橡胶放置示意图

图5隔音箱外形图

图6厢式低噪音MCR结构示意图

4．结论

研究设计了适用于城市电网室外安装的低噪声磁阀式电抗器，首次在工程应用中达到环境功能区噪音排放限值（≤50dB）的要求；首次采用高压无源光控技术，解决了控制信号的高电压隔离问题，使磁阀式电抗器控制系统不受电网电压等级的限制；研究了线性拟合自适应PID闭环控制技术，实现了磁控电抗器的最优闭环控制。

基于以上技术，完成了一套适合于福建电网的MCR型SVC成套装置典型示范工程，并投入试运行。装置投运后减小了变电站在低负荷时期无功倒送的量，提高了功率因数，同时因具有平滑调节功能，大大减少了电容器组投切次数，提高电容器开关寿命。

参考文献：

[1]张传青 FC+MCR型SVC动态无功补偿装置的应用.北京国能子金电气技术有限公司. 第六届电能质量高峰论坛-典型案例集. 189-192页

[2]莫宝律,杨师伯.磁阀式可控电抗器原理及其仿真研究.华中电力.2009年第3期 23卷.