磁控式动态补偿装置在智能电网中的应用.pdf

技 术 与 应 用 磁控式动态补偿装置在智能电网中的应用 荣俊峰 ( 杭州银湖 电气设备有限公 司，杭州 3 1 1 4 0 0) 摘要 分析 了磁 阀式静止型动态无功补偿装置 ( MC R型 S VC Ma g n e t ic a l l y C o n t r o l l e d R e a c t o r 型 S t a t ic V a r C o mp e n s a t o r ，简称 MS VC)的基本原理和其在智 能中的应用情况。 关键词：磁控 电抗器；磁控式动态补偿装置 ( MS VC)；无功补偿；智能电网 1 智能电网概述 所谓智能电网，以物理电网为基础，将现代先进 的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术 和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。 由美国在 2 0 0 1年由 E P R I最早提 “ I n t e l l i g r id ” ( 智 能电网) ，并开始研究，目前， “ 智能电网”被大家 普遍接受的术语和称谓为 “ T h e S ma r t G r id ” ( D 0 E ， US A， 2 0 0 8 ) 。 中国国家 电网公司给智能 电网的定义 是，以特 高 压 电网为骨干 网架、各级 电网协调发展 的坚 强 电网为 基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信 息化、自动化、 互动化为特征的统一坚强智能化电网。 中国 国家 电网 自2 0 0 9 年 5 月 向社 会 公布 “ 智 能 电网”发展计划以来，先后编制完成 智能电网关 键 设备 ( 系 统 )研 制 规划 、 智 能 电 网技 术标 准 体系规划等标准体系。截至 目前 ，国家电网制定 了 1 5项智能变 电站标准，申请专利 1 2 6项，形成 了 世界首个智能变 电站系列技术标准 。 同时 ，国家 电网 已在 2 6 个 省 ( 区、市 )建 设 电 动汽车充换电设施，包括 8 7座标准化充换 电站 、 5 1 7 9台充电机和 7 0 3 1台交流充 电桩，减少对石油 的消耗 。国家电网还在 2 5个省 ( 区、市)建成智能 用 电信 息采集 系统 ，为引 导居 民经 济用 电、合理 用 电奠定了基础 。可以说 ，经过两年建设，坚强智能 电网在推动设备制造、清洁能源利用 、低碳生活等 方面均开始发挥显著作用。 今 年 我 国坚 强智 能 电网进入 全 面建 设阶 段 ，国 家电网将推广建设 1 1 类智能电网试点工程 ， 其中包 括接纳风电容量 2 0 0 0万 k W。相关项 目包括建成智 能变电站 6 7座；在 1 9个城市核心区建成配电 自动 化系统 ； 推广应用 5 0 0 0万具智能电表；新建 1 7 3座 电动汽车充换电站；完成 2 5个智能小区 楼宇建设； 推广建设 6 2万户电力光纤到户；完成中新天津生 态城智能电网综合示范工程建设；制定智能电网标 准 8 8项 。 国务院总理温家宝 2 0 1 1 年 3月 5日在十一届全 国人大四次会议上作政府工作报告时指出：加强现 代 能源产业和综合运输体系建设，积极推动能源生 产和利用方式变革，提高能源利用效率。推进传统 能源清 洁利 用 ，加强 智能 电网建 设 ，大力发 展清 洁 能源。统筹发展、加快构建便捷、安全、高效的综 合 运输 体系 。 2 智能电网对功率补偿的要求 建设智 能电网的主要 目的是为了降低 能源损 耗 ，提 高 电网 的可 靠性 ，并 具有 白愈功 能 。 1 )基于柔性交流系统 ( F A C T S )的理论。电 力 电子式开关必将取代传统的机械开关，同时也要 求 电网能够实现柔性无功补偿 ， S V C装置采用可控 硅控制可调电抗器 ( MC R)的输 出容量，实现无功 功率的连续可调，内部无机械动作过程，真正实现 了柔性 无功补 偿 。 2 ) 基于无功就地平衡理论。 要求在一定区域 内 对无功功率实现就地平衡 ，也就是说对无功功率实 现动 态跟 踪和无 级 调节 ，最 大 限度 降低无功 功率 ， 以减 少功 率损 耗 ，传 统 的分组投 切 电容器技 术 由于 是阶梯型调节方式， 不可避免存在过补、 欠补现象 ， 不符 合未 来智 能 电网的需求 。 3 ) 基于 电压 无功综 合控制 理论 。 要求在 电网电 压暂降的时候，无功补偿装置能够快速调节输出容 量，以支撑电网电压 ，避免电网崩溃，是智能电网 自愈功能的一项 内容。 4 )基于智 能化 电网的要求 。补偿 装 置 ( 其他设 备也应包含 )的控制部分必须具备智能通信功能， 实现数据的集中管理和监控 。 2 0 1 1 年 第 8 期电 I葺 l 蔹 肃l 7 9 技 术 与应 用 3 磁控式动态补偿装置 能 电网”中的应用 ( MS VC)在 “ 智 为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。 3 1 无功 补偿概 述 传统上无功补偿主要有固定补偿和分组投切电 容 器 ， 固定补偿 由于容量无法调节 ， 容 易过 补和欠补 ； 而 分组投切装 置将 电容器 分成若干组 ， 由控制器根据 系统无功变化控制电容器组的投切， 其调节方式是离 散的， 不能取得理想的补偿效果， 开关投切电容所造 成 的涌流 和过 电压对 系统 和设备本 身都十分有害 ， 不 能满足未 来智能 电网对无 功补偿 的要 求。 相控 式动 态补偿 装置 虽然 可 以实现 连续动 态调 节，但由于其价格昂贵、占地面积大、后期运行维 护成本高而不能大量推广使用 ； S VG虽然技术先进， 但在实际运行中稳定性差，有待进一步成熟， 目前 仅有 少 量试 运行 ；磁 控 式动 态补 偿装 置 ( MS VC) 具有 占地面积小、可靠性高、免维护、性价 比高等 特 点 ， 已经在 煤炭 、铁 路 、风 电、冶金 等各 个行 业 广泛 应用 ，是动态 补偿 的主 流技术 。 3 2 磁 控式 动态补 偿装 置 的基 本原 理 磁控 式 动态补 偿装 置 由补偿 支路和 磁控 电抗 器 ( 简称 MC R)并联支路组成，其中补偿支路和磁控 电抗器经隔离开关固定连接，通过调节磁控 电抗器 的输 出容 量 ( 感性 无功 ) ，实现 无 功的连 续动态补 偿 ( 如 图 l 、图 2 ) 窑 l 圃 1 1 ， 小 _) 1 1 LLf LLf LL - t 娃 棚 i 图 I 磁控 式动 态补偿 装置 一次 系统 图 容 量 嘲 时 诨 图 2 磁控式动态补偿装置补偿效果图 磁 控 式 动 态 补 偿 装 置 与 其 他 动 态 补 偿 技 术 相 比，主 要 区别 在 于磁控 电抗器 ( MC R) ，磁控 电抗 器采用直流助磁原理， 利用附加直流励磁磁化铁心 ， 改变 铁心 磁导 率 ，实现 电抗值 的连 续可 调 ，其 内部 I 8 o f 电量 | i技本2 0 1 1 年第8 期 图 3 单 相磁控 电抗器铁 心结 构示意 图 磁控电抗器控制原理接线图如图 4所示 。在磁 控 电抗器 的工作铁心柱上分别对称地绕有两个线 圈，其上有抽头，它们之间接有可控硅 、 ，不 同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源 ， 续 流二极 管 D接 在两个 线 圈的中 间。 图 4 磁 控 电抗器原 理接线 图 当磁控 电抗器主绕组接至电源电压时，在可控 硅两端感应出 1 左右的系统电压 。在电源电压正 半周触发导通可控硅 ，形成图 5( a )所示的等效 电路 ，在回路中产生直流控制 电流；在电源 电压负 半周触发导通可控硅 ，形成 图 5( b )所示的等效 电路 ，在 回路 中产 生直 流控制 电流 。两个 可控硅 在 一 个工频周期轮流触发导通，产生直流控制 电流 ， 使电抗器工作铁心饱和，输出电流增加。磁控电抗 器输 出电流大小取决于可控硅控制角， 控制角越小， 产生的控制 电流越强，从而电抗器工作铁心磁饱和 度越 高 ，输 出 电流越 大 。因此 ，改变 可控 硅控制 角 ， 可 平滑 调节 电抗 器容 量 。 由上分 析 可知，磁控 电抗 器 具有 自耦励磁 功能 ， 省去 了单独 的 直流控制 电源 N 2 N 2 N 2 N 2 ( a) ( b) 图 5 可控硅导通等效电路 3 3 磁控 电抗器的基本特点 1 ) 磁控电抗器不需要外接直流励磁 电源， 完全 由电抗器的内部绕组来实现 自动控制。 2 )通过控 制 晶闸管 的控制 角进行 自动控制 ，可 实现连续可调，并且从最小容量到最大容量的过渡时 间很短 ( 3 0 l O O ms ) ，因此可 以真正实现柔性补偿 。 3 )控制元件为低压晶闸管，其端电压仅为系统 电压的 1 2 ，无需传并联 ，运行时不需要承受 高电压、大电流 ，安全可靠 ，发热量很小，自然冷 却 即可 ，无 需辅助 冷却 设备 。 4 ) 自身谐波含量少， 不会对 电网产生二次污染。 5 )即使 晶闸管或二极管损坏， 磁控 电抗器也仅 相当于一台空载变压器，不影响矿井安全生产。 6 )经 济优 势 明显 ：后 期免 维护 ；磁控 电抗器 结 构简单 ，占地面积 小，基础投资大大压缩；MS V C 自身有功损耗低 ，仅为 T C R的 5 0 。 综上所述 ，随着我国电网建设的不断推进 以及 国家大力提倡节能降耗，采用合理的补偿方案和技 术 ，实现 无 功优 化 ，是 电力系 统 的一个 重要 课题 。 磁控 式 动态 补 偿装 置 ( MS V C)无 论 从补 偿 效 果还 是运行成本等各个方面，都具有明显的优势 ，必将 在未 来 电网建 设 中发挥重 要作 用 。 参 考文献 技 术 与 应 用 1 罗安 电网谐波治理和无功补偿技术及设备 M】 北京 中国电力出版社， 2 0 0 6 2 陈柏超 新型可控饱和 电抗器理论及应用 M】 武汉： 武汉水利电力大学出版社， 1 9 9 9 【 3 林海雪， 孙树勤 电力网中的谐波 M 北京： 中国电力 出版社 ， 1 9 9 8 4 】 王兆安， 杨君， 刘进平 谐波抑制和无功功率补偿【 M】 北京： 机械工业 出版社， 1 9 9 8 5 程浩忠， 电网谐波及其对无功补偿的影响 J 】 华东电 力， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 1 6 1 7 【 6 】 F u it a H， Ak a g i H A P r a c t i c a l Ap p r o a c h t o Ha r mo n n ic Co mp e n s a t io n in P o we r S y s t e ms S e r ie s Co n n e c t io n o f p a s s iv e a nd Ac t iv e Fil t e r I n： I EEE I AS An n u a l M e e t in g Co n f e r e n c e Re c o r d ， 1 9 9 0 ： 1 1 0 7 1 1 1 2 7 】 仇润鹤， 吴震春 电力谐波滤波器设计与调试 J 电工 技术杂志， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 4 4 4 5 8 徐政 基 于 晶 闸管的柔 性交 流输 电控制 装置 【 M】 北京 中国机械工业出版社， 2 0 0 5 4 t堑 皇 奎 ：1 车乐美机械设备 ( 上海 )有限公司在沪举行开业庆典 2 0 1 1年 7月 1 1日，车乐美机械设备 ( 上海)有限公 司于 ( 以下简称车乐美)上海美丽华商务中心成功举办 了 开业庆典 。 车乐美公司创立于 1 9 2 1 年 1 O月，成立之初专业生产 多功能缝纫机 ，历史悠久。经过 9 0年发展，车乐美不仅是 全球最大的缝纫机制造商之一，还在 自动机器人产业领域 有 2 5年以上的研究开发和制造经验， 在市场占有率有领先 优势。 在该领域车乐美已成功推出多种产品，如 J P系列精 密型伺服电子冲压机、J P E 系列普及型伺服电子冲压机 、 J R系列 桌上型机 器人 、J S G系列 线上型高 架直交机 器人 、 J s系列水平多端机机械手臂等。登陆中国市场后，车乐美 主要推出机器人系列产品。本次开业庆典车乐美的董事长 以及其他高层都赴沪出席。 车乐美高层在会上表示，中国制造业正在加速自动化 进程 ，J ANO ME产业机器在中国使用数量不断增加，建立 相应的技术支持和维护以及售后服务需求日益高涨，为了 解决面临情况，开办了这个服务机构，同时希望加强公司 在销售环节的能力，专心扶持中国产业机器事业。 桌上型 ( 台式)机器人、水平多关节机器人和电子伺 服 压 床 是 公 司 的 主打 产 品 。它们不但具备 高可靠 性 ，而且安装非常简单 。 产品采用公司独特 的对 话型教导器，让生产线的 垂直启动整合成为可 能。 近 几年 ，韩 国及 中国的制 造厂对桌 上型机器人及 电子 伺服压床需求猛增，形成世界上最大买方市场，不过，车 乐美表示， 这两个产品市场并没有追随上供求脚步。 但是， 车乐美桌上型机器人、电子伺服压