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±20 Mvar新型静止无功发生器及其运行分析 2009-09-08 11:53:20|??分类：  HYPERLINK /blog/ \l m=0t=1c=fks_083064092084089065087082074071086094085070081087083 \o 论文 论文 |??标签：无 |字号大中小?订阅 摘要：随着我国电力系统的不断发展，电力系统的无功问题及动态电压稳定问题日益凸显，高压大容量新型静止无功发生器（static synchronous compensater，STATCOM）是解决上述问题的强有力手段。文中详细地介绍了我国首台±20 Mvar STATCOM工业样机的基本原理、主电路结构、纯水冷却系统、保护控制系统及监测系统。最后介绍了±20 Mvar STATCOM装置的现场运行情况，根据现场记录的数据给出了装置的运行率、计划停运率及强迫停运率，并对装置运行中出现的问题给出了分析。±20 Mvar STATCOM工业样机的开发经验及现场运行经验对高压大容量STATCOM装置的产业化有重要的价值。 关键词：稳定性；新型静止无功发生器；门极可关断晶闸管 ? 0　引言 　　近年来，我国电力工业发展迅速。随着新建电厂的不断并网发电，我国电力系统总装机容量上了新的台阶，然而整个电力系统出现了输电网络建设滞后于电厂建设的问题。许多长距离输电线输送的功率受到稳定极限的限制，这些输电线线路中间和受端由于缺乏强有力的电压支撑，其稳定极限大大低于其热稳定极限[1]。这导致送端的发电厂窝电现象突出，发电厂的容量不能得到充分地应用。如何提高长距离输电线的稳定极限接近甚至达到其热稳定极限是一项有价值而且紧迫的工作。 　　柔性交流输电技术为增强输电系统提供了新的手段。安装在长距离输电线中间或受端的静止无功补偿装置（如SVC、STATCOM等）能够提供电压支撑从而能极大地提高长距离输电系统的稳定性。 　　有鉴于此，河南省电力公司和清华大学从1994年开始共同研制可以投入工业现场运行的大容量±20Mvar STATCOM装置，经专家评审，该研究项目被列为电力部重点科研攻关项目。 　　1996年，作为第一阶段的成果，课题组研制出基于曲折变压器主回路结构的±300kvar STATCOM实验装置，在郑州市110kV孟砦变电站进行实验，现场测试获得的良好的??态和动态特性表明STATCOM装置在提高系统性能方面的有效性和装置本身设计的正确性，该中间成果获得1997年电力部科技进步二等奖；1999年±20 Mvar STATCOM装置在河南洛阳220kV朝阳变电站投入运行，这标志着中国FACTS技术发展进入了一个新的阶段，项目在2000年6月通过由国家电力公司组织的专家鉴定，并获得2001年中国电力科学技术奖一等奖。装置投运后，不仅提高了系统的稳定性，而且能够有效地利用现有的输电设备，根据数字仿真和分析，每1.0Mvar的无功功率可以提高0.7 MW的有功功率输送极限[2]。 　　本文将较详细地介绍±20Mvar STATCOM装置及其现场运行情况，并分析装置运行中的问题。 1　STATCOM装置的基本工作原理 　　 　　STATCOM装置主要由电压型逆变器、连接变压器及起直流电压源作用的直流电容器组成，在理想状态下，其等效电路、相位图见图1，图1中Vi为STATCOM的逆变输出电压，VS为系统电压。在理想状态下，首先将Vi、VS同步，然后，通过控制Vi的幅值从而控制Vi与VS的电压差来调节装置的无功输出。 图1　理想状态下STATCOM的工作原理图 (a)等效电路；（b）相位图 　　当Vi＞VS时，STATCOM处于超前运行状态，发出容性无功功率；当Vi＜VS时，STATCOM处于滞后运行状态，发出感性无功功率；当Vi＝VS时，STATCOM与系统间将不存在无功的交换(见图2)。在实际系统中，由于STATCOM存在内部有功损耗，所以要对STATCOM进行控制，使STATCOM的输出电压Vi与系统电压VS间存在一相角差δ这样系统就可以随时补充STATCOM装置的内部损耗，保证直流电容上电压的稳定，其工作的稳态特性非常相似于同步调相机。 图2　实际状态下STATCOM的工作原理图 （a）等效电路；（b）相位图 2　±20Mvar STATCOM装置概况　　 　　图3为±20 Mvar STATCOM装置的结构图。该装置的输出通过10kV断路器与一台220/110/10kV的三绕组主变压器的10 kV输出侧相连。装置由启动整流器、门极可关断晶闸管（gate turn-off thyristor，GTO）逆变桥、直流电容器组、多重逆变输出变压器、高压开关柜、控制单元、监测单元、保护单