110kV银城铺变电站35kV MCR型SVC的研究

摘 要：无功功率对电力系统有着非常重要的作用，为了解决唐山110kV银城铺变电站无功补偿和提高电压合格率的问题。通过对银城铺变电站35kV母线电能质量测量分析，设计了基于磁控电抗器的动态无功补偿方案。

关键词：静止型动态无功补偿装置，电能质量，仿真，控制

1. 银城铺变电站概况

110kV银城铺变电站现有3个电压等级，分别为110kV、35kV、10kV，现运行两台40MVA有载调压变压器。最大负荷80MW。现有35kV出线4回，现有10kV出线17回。110kV为双母线带旁路接线方式；35kV为单母线分段接线方式，10kV为单母线分段接线方式。现有10kV无功补偿装置2组，总容量为12000kVAR。短路容量：110kV 最大2041 MVA、最小839 MVA；35kV 最大573 MVA、最小298MVA。

2. 35kV侧电能质量数据分析

为确定MCR型SVC装置研究与应用的方案，2010年9月对银城铺35kV两段母线进行了电能质量测试。测量的指标主要为电压总谐波畸变率、电压闪变、功率因数、无功波动、电压偏差率和谐波电流。通过对实际测量数据的分析，银城铺变电站35kV的4号母线存在的主要电能质量问题为：

1）功率因数偏低，仅为0.899（不投10kV电容器时）。

2）电压总谐波畸变率超标，如下表：

3）电压闪变超标，如下表：

4）谐波以3次、5次谐波为主。

3. MCR型SVC设计方案

通过实测电能质量数据和对其进行的分析，确定补偿方案的设计目标为：不投10kV电容器时功率因数补偿至0.97～0.99；消除母线上的电压畸变和闪变，滤除35kV母线3次、5次谐波；通过调节MCR可以将电压稳定在35 kV～36.8 kV范围之内。

3.1 一次设备接线方式

在35kV的4号母线上设计安装FC+MCR型静止型动态无功补偿及谐波滤波装置（SVC），其中FC分为两组，兼做滤波器使用，分别配置为3、5次谐波滤波器。

磁阀式可控电抗器（MCR）采用角形连接，滤波器由滤波电容器和滤波电抗器组成，其控制策略是以稳定35kV母线无功为主要目的，并对电压波动进行修正，采用闭环控制。通过PT检测母线电压，CT检测母线电流，通过控制器计算系统此刻的无功功率值，再根据检测到的母线电压，计算在限定的电压范围内补偿所需的无功功率。通过对MCR晶闸管开通角度的调节，满足稳定系统无功的主要目的。采用闭环控制可以实现快速响应和精确调节，使SVC达到最优的补偿效果。

3.2 35kV母线补偿容量的计算

35kV侧负荷基波无功补偿量计算，按未投入10kV电容器时功率因数计算。

（1）

式中，P为平均有功功率； 为自然功率因数； 为补偿后达到的功率因数。计算时由实测值 ，a1取0.899，a2取0.99，则 MVar，考虑到适当余度，补偿设计补偿容量可取21-24MVar。

3.3 滤波支路设计

在滤波器设计中，一般不将其设计到真正谐振状态，在整定值时，可将支路的电容变化率分别为1.07%（H3）和2.2%（H5）；偏离调谐点范围为0.5%（H3）和1.1%（H5），且滤波支路在设计时考虑了在调谐点谐波频率±2.5%范围内偏移时，均能达到滤波的要求例如：3次滤波器调谐值一般设计为2.985次滤波器设计值一般为4.95，设计滤波器时还要考虑品质因数，这个参数主要是衡量滤波效果；虽然理论上越大越好，但是品质因数过大，系统容易失谐，因此一般单调谐滤波器品质因数为15―45。滤波器主要参数如下表：FC部分全部投入后总设计容量18000kVar，总的基波容量为12000kVar。

3.4 磁控电抗器及其控制器设计

磁控电抗器由箱壳、器身、散热片、油枕以及出线套管等组成，其可控硅箱与电抗器本体可置于同一箱体的方式。磁控电抗器设计额定容量为12000kvar。一次接线图如下：

4.效果分析

通过对银城铺变电站35kV母线设计以MCR为主体的SVC无功补偿装置，能够成功地解决目前存在的电能质量问题，提高系统的电压稳定性，其效果主要表现在以下几个方面：

1）功率因数：35kV母线的平均功率因数在0.97以上。

2）谐波：35kV母线各相3、5次谐波电流均明显减小。

3）无功功率：35kV母线系统无功功率因SVC装置的大幅度波动变得非常平稳。

4）动态响应：设计的MCR型SVC装置在负荷发生变化的情况下，MCR能在1～2个周波内响应，并达到稳定。

5）电压偏差率：设计的MCR型SVC装置根据仿真分析，电压合格率均为100％。

另外，从经济效益上讲，设计的SVC装置还对减小电压降落损耗、降低电网线损、抑制闪变、提高电网供电能力和延长变电站电力设备使用寿命等方面发挥了重要作用。

参考文献:

[1] 陈伯超.新型可控饱和电抗器理论及应用.武汉：武汉水利电力大学出版社， 1999.20～66

[2] 徐俊起.新型静止无功发生器的研究：[硕士学位论文].成都：西南交通大学，2003

磁控电抗器由箱壳、器身、散热片、油枕以及出线套管等组成，其可控硅箱与电抗器本体可置于同一箱体的方式。磁控电抗器设计额定容量为12000kvar。一次接线图如下：

4.效果分析

通过对银城铺变电站35kV母线设计以MCR为主体的SVC无功补偿装置，能够成功地解决目前存在的电能质量问题，提高系统的电压稳定性，其效果主要表现在以下几个方面：

1）功率因数：35kV母线的平均功率因数在0.97以上。

2）谐波：35kV母线各相3、5次谐波电流均明显减小。

3）无功功率：35kV母线系统无功功率因SVC装置的大幅度波动变得非常平稳。

4）动态响应：设计的MCR型SVC装置在负荷发生变化的情况下，MCR能在1～2个周波内响应，并达到稳定。

5）电压偏差率：设计的MCR型SVC装置根据仿真分析，电压合格率均为100％。

另外，从经济效益上讲，设计的SVC装置还对减小电压降落损耗、降低电网线损、抑制闪变、提高电网供电能力和延长变电站电力设备使用寿命等方面发挥了重要作用。

参考文献:

[1] 陈伯超.新型可控饱和电抗器理论及应用.武汉：武汉水利电力大学出版社， 1999.20～66

[2] 徐俊起.新型静止无功发生器的研究：[硕士学位论文].成都：西南交通大学，2003

磁控电抗器由箱壳、器身、散热片、油枕以及出线套管等组成，其可控硅箱与电抗器本体可置于同一箱体的方式。磁控电抗器设计额定容量为12000kvar。一次接线图如下：

4.效果分析

通过对银城铺变电站35kV母线设计以MCR为主体的SVC无功补偿装置，能够成功地解决目前存在的电能质量问题，提高系统的电压稳定性，其效果主要表现在以下几个方面：

1）功率因数：35kV母线的平均功率因数在0.97以上。

2）谐波：35kV母线各相3、5次谐波电流均明显减小。

3）无功功率：35kV母线系统无功功率因SVC装置的大幅度波动变得非常平稳。

4）动态响应：设计的MCR型SVC装置在负荷发生变化的情况下，MCR能在1～2个周波内响应，并达到稳定。

5）电压偏差率：设计的MCR型SVC装置根据仿真分析，电压合格率均为100％。

另外，从经济效益上讲，设计的SVC装置还对减小电压降落损耗、降低电网线损、抑制闪变、提高电网供电能力和延长变电站电力设备使用寿命等方面发挥了重要作用。

参考文献:

[1] 陈伯超.新型可控饱和电抗器理论及应用.武汉：武汉水利电力大学出版社， 1999.20～66

[2] 徐俊起.新型静止无功发生器的研究：[硕士学位论文].成都：西南交通大学，2003

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文