节能与电能质量监测治理技术评估报告1217

节能与电能质量监测治理技术评估报告〔初稿〕技术根本情况研究背景随着国民经济的高速开展，对能源的需求也不断增长。而石油、煤炭等不可再生资源却日渐枯竭，因此如何实现节能和高效利用现有能源已成为当务之急。作为一种适用范围最广、使用最方便的清洁能源，电能的可持续开展已成为国民经济持续健康开展的重要根底。然而，随着社会的不断进步，电网中的电能质量问题却日益复杂，严重威胁着电网的平安可靠运行，同时社会对电能质量的要求也越来越高。因此，不管是出于经济性的考虑还是技术性的内在要求，追求高质量的电能已成为一种必然趋势，在电网侧推广电能质量治理技术势在必行。电能质量问题的种类繁多，从暂稳态特性的角度看，可将其分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问题〔鉴于频率问题要求全网相同，不属于通常意义上的电能质量治理范畴，因此没将其列入〕。与电网企业关系最为密切、事关电网平安的稳态电能质量问题主要包括谐波、间谐波、三相不平衡、功率因数、过电压、欠电压、电压波动与闪变等；暂态电能质量问题主要影响用户，如基于计算机和微处理器的测量、管理、生产及控制系统等，以电压暂降、暂升、中断的影响最为广泛和严重。对暂态电能质量问题的治理能力是电网企业优质供电水平的集中反映。上述局部典型电能质量问题的危害如表一所示。另据统计，在不同行业，世界各国电能容量的10%-30%由电能质量问题的存在而白白浪费。例如谐波除了会造成电网谐波污染外，还会产生谐波功率，在电网和电力设备上造成附加损耗。电网异地无功输送会在线路上产生大量的能源损耗和浪费，而且会导致受端电压质量变差。因此各种电能质量治理措施在解决电能质量问题的同时，还对系统的节能降耗起到了积极的作用，挖掘了现有容量的潜力。表一电能质量问题的危害电能质量问题危害影响范围主要成因对电网影响的严重程度估计(A-非常严重、B-严重、C-一般严重)谐波增加电能损耗、缩短设备寿命；引起电网局部谐振；引起继保和自动装置误动作，使电能计量混乱；对邻近的通信系统产生干扰。500kV换流站、电铁A110~330kV电铁A110kV以下各类非线性负荷B三相不平衡引起旋转电机的附加发热和振荡；引起以负序分量为起动元件的多种保护误动作；使半导体变流设备产生附加的谐波电流；使发电机的利用率下降；使电网损耗增加；干扰通信。110~330kV电铁的负荷不平衡B110kV以下负荷不平衡、系统三相阻抗不对称、消弧线圈的不正确调谐等B低功率因数增加网损，导致电压偏低110kV以下感性负荷比重大A间谐波使得采样数据或过零工作的继电器产生误差或误操作；会在变压器电抗和电容器组间激起谐振；会引发闪变；使汽轮机发生转矩扭振；使无源滤波装置失效。配网波动性负荷、变频调速装置、串级调速装置、配电网中的铁磁振荡。C电压波动与闪变对邻近的电力用户产生不利影响；对灵敏性负荷产生扰动。配网风机的出力随风速变化；负载的切换和电动机的起动；冲击性负荷的运行变化。B暂降瘫痪效劳器，引起用户端数据丧失，对大型敏感工业用户造成巨大的经济损失，影响各种电子设备的正常工作配网系统中某支路电流的短时增大，如雷击、短路、开关操作、变压器及电容器组的投切、大容量感应电机起动等C电能质量治理工作的顺利开展是以准确有效的电能质量监测为依据的。电能质量监测技术为电能质量的评估、纠纷裁决、治理等提供理论与实践依据，从而提高电网的运行水平和效劳水平，促进电力市场的不断完善。特别是在当前坚强智能电网成为我国电网开展新方向的背景下，对电网提出了智能供电、智能用电、高效的电力使用和效劳、电网与用户以信息为根底进行互动和决策等要求。电能质量监测与治理正是实现上述要求的主要技术手段之一。开展情况电能质量监测设备经历了模拟式、数字式、智能式三个开展历程。随着计算机技术、大容量存储技术、通讯技术和网络技术的快速开展，为建立大范围的电能质量在线监测网络提供了根本的技术保障。在线监测的实现，又进一步促进了信息交流与共享技术的开展。在电能质量治理方面，常规补偿技术由于性能所限，对某些电能质量问题的指标控制还存在相当大的局限，如广谱型随机谐波的抑制、动态无功补偿、电压波动和闪变的抑制、三相不平衡的补偿、暂态电压事件的控制等，难以取得满意的效果。随着大功率电力电子技术的开展，以及灵活交流输电系统技术和定制电力技术的提出和工程应用，电能质量的控制技术也迈入新的阶段。目前基于电力电子技术的工程实用的电能质量补偿或调节装置主要有以下几种：〔1〕实现无功补偿、电压调整、治理电压波动与闪变、三相不平衡：静止无功补偿器、晶闸管投切电容器、晶闸管相控电抗器、自饱和电抗器、磁控电抗器等；〔2〕谐波与间谐波的治理：各种形式的有源电力滤波器〔ActivePowerFilter，APF〕；〔3〕电压暂降、暂升、中断等动态电能质量问题的治理：可采用具有动态电压补偿功能的不间断电源UPS〔UninterruptiblePowerSystem〕进行治理，也可采用不带有蓄电池的串联型动态电压恢复器〔DynamicVoltageRegulator，DVR〕、固态切换开关、静止电子分接开关等。根本原理电能质量监测综合分析我国电网的运行水平以及今后智能化电网的开展趋势，电能质量监测主要应满足两个方面的要求：〔1〕测量的广度。要求监测装置具有测量电能质量全面指标的能力，包括各种连续型及事件型电能质量问题；〔2〕测量的深度。不仅可以方便快速地查询事件相关数据，而且可以自动修改信息类型及其设定门槛值，自动捕捉各种电能质量扰动，通过敏感度分析和统计，对开展趋势做出判断，下达维护和治理控制命令等。根据以上要求，可以归纳出电能质量监测应该具有如下特点：全面监测电能质量指标、具有较高的采样频率、实时性强、数据处理能力强、网络化、时间同步性好、自动化程度高、数据利用效率高、智能化、标准化等。电能质量监测系统由电能质量监测终端(指通过引入电压、电流信号，进行电能质量指标测量的专用装置)、信息通道以及效劳站和用户计算机组成，用于监测、分析、管理电网的各类电能质量指标。电能质量监测系统按照分层、分布式结构组建而成，分为三层：监测设备层、效劳层和客户层。监测设备层具有数据采集功能，以统一格式将数据传输至效劳层，由监测终端和适配单元〔可选〕构成。效劳层具有监测数据管理与分析、系统维护、权限管理等功能，是监测设备层、客户层之间数据交互的纽带，由假设干个效劳站构成。效劳站通常包括数据库、应用效劳器、Web效劳器、通信效劳器等。不同效劳站通过网络互联实现数据交换。客户层具有监测数据访问、浏览、查询等功能，通过网络访问效劳层。监测设备层、效劳层和客户层之间通过通信网连接。利用电能质量监测数据，可及时准确定位系统的潜在故障源、污染源，分析干扰源的特性、类型及分布规律，给出整改方案，预防电力事故的发生；从电能质量的视角验证电力网结构是否合理、设备参数设备是否合理；从电能质量的视角分析电力事故发生的原因。电能质量治理电能质量治理控制是改善电能质量指标的重要手段，是优质供用电的必要条件，也是节能降损的主要手段之一。电能质量治理控制的目的主要有以下几个方面：〔1〕降低电能质量污染对接入电网的影响，改善电网电能质量指标；〔2〕节约能源，降低不必要的损耗；〔3〕改善非线性负载的运行条件，提高工作效率；〔4〕改善污染源企业内部其它设备运行工况，提高工作寿命，降低故障率；〔5〕降低污染源负载对邻近用户的影响，减少电能质量的事故纠纷和投诉。下面分析工程实际中较为常用的电能质量治理技术。〔一〕晶闸管相控电抗器TCR技术晶闸管相控电抗器TCR的最重要组成部件之一，尽管TCR可以单独使用，但它更经常的与固定电容器或晶闸管投切的电抗器相结合，在选定的超前-滞后环节补偿范围内对无功功率实施快速、连续的控制。一个6脉波的三相TCR由三条单相TCR支路按三角形连接而成，每一相中的电抗器被拆分成两半，分别放置在反并联晶闸管对的两侧，这样做的目的是即使一个电抗器发生短路，另一个电抗器也可以起到限制短路电流的作用，大大降低故障的危害程度。TCR+FC型SVC的结构图及电压电流输出特性如下列图所示。TCR通过改变晶闸管的触发角来控制SVC的无功输出，触发角的可控范围是90°至180°。当触发角为90°时，晶闸管全导通，此时TCR中的电流为连续的正弦波。当触发角在90°到180°之间时，TCR中的电流呈非连续的脉冲波形，对称分布于正半波和负半波，不同触发角下TCR支路电流、晶闸管阀两端电压及相控电抗器两端电压如下列图所示。TCR型SVC在输电网中的主要作用是提高线输送功率极限、阻尼系统功率振荡、提高系统电压稳定性，同时可以通过重构作为融冰装置，在配网中可以提高电能质量，抑制母线电压波动、治理负序，使三相平衡化。其可以应用于电力系统长距离输电线中间变电站、电力系统负荷中心变电站、风电并网点变电站、存在电压稳定问题或调压问题的变电站、有SVC及SVS需求并同时有融冰需求的变电站及冶金、电气化铁路等用户中。TCR控制灵活和易于扩容，不同的控制策略可以容易的被实现，特别是那些涉及外部辅助信号以显著提高系统性能的控制。且其响应迅速，典型响应时间为1.5-3个周期。目前的TCR技术较为成熟，实用性较高，单台补偿容量可达180Mvar。〔二〕磁控电抗器MCR技术随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向钢带和高磁导率、高矩形系数的薄膜合金材料的出现，磁放大器以及饱和电抗器的理论及应用到达一个新水平，并且已引入到电力系统。磁控电抗器的原理是采用小截面铁心和极限磁饱和技术，铁芯磁路是并联结构形式，截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯，交错排列组成并联磁路，结合直流助磁原理，通过调节可控硅触发导通角，控制附加直流励磁电流，励磁磁化铁芯。调整不饱和区域和饱和区域的面积或磁阻，以改变铁心磁导率，实现电抗值的连续、快速可调，从而实现无功功率的动态可调。铁心结构如图一所示。图一、铁心结构及铁心磁饱和特性示意图基于其创新性，先进性和成熟性，已有权威机构论证后认为，磁控式技术将取代相控式成为优先选择的补偿滤波技术。创新性：磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，综合应用了大型变压器的结构设计技术、高压电流互感器〔CT〕、电压互感器〔PT〕、电容式电压互感器〔CVT〕的绝缘技术，通过多年研发创立的新技术，真正实现了磁控电抗器的产品化。通过铁心不饱和设计，加上对称结构互相不干扰真正到达了损耗小、噪音低，接近于低损耗电力变压器水平；结构合理，生产工艺成熟，可以批量生产；伏安特性，近似直线〔硅钢片磁化曲线的线性段〕；本体根本不产生谐波，控制回路产生的少量谐波，由于采用Δ接线，不向系统输出。主要的漏磁通在铁心内得到有效屏蔽，线圈和油箱中的漏磁通小，附加损耗小，总损耗小；按照容量大小，自身有功损耗占容量的0.5％～2％，是磁阀式可控电抗器或SVC中相控电抗器〔TCR〕的30％以下。产品安装方便，占地面积小，根本上不需要维护；电抗器容量调节范围大：2％～100％。先进性：应用Maxwell2D仿真工具，采用场-路结合的设计技术，对磁控电抗器的磁路进行了优化设计，降低了局部铁心的磁饱和度，大幅度降低了运行噪音，降低了本钱，提高了产品的可靠性和寿命；研究出了非线性设备的线性拟合自动控制的方法，大幅度提高了磁控电抗器的动态响应时间；经过对工艺的不断改良，可以显著地降低振动和噪音，并且其容量调节范围宽、结构简单、本钱较低，从空载到满载调节率均可到达90%以上，可直接接于超高压线路侧；由于磁控电抗器的特殊结构，使它具有简单的结构、宽广的调节范围、较小的高次谐波、较小的有功损耗以及较快的响应速度。成熟性：磁控电抗器是具有工业化的、先进成熟和能长期稳定运行的高质量产品。磁控电抗器控制软件具有计算机软件著作权证书，磁控电抗器本体及励磁装置中的主要局部具有自主的专利技术；磁控电抗器具有国网电科院原武汉高压研究所〕出具的35kV12000kvar的型式试验报告；具有中国电力企业联合会出具的12000kvar磁控电抗器的产品鉴定证书。业绩见应用局部。图二、磁控电抗器应用示意图〔三〕晶闸管投切电容器TSC技术晶闸管投切电容器〔TSC〕是电力系统无功补偿中最常见的补偿设备，它主要是由固定电容〔FC〕补偿演变而来，属于并联型补偿设备，是静止无功补偿器〔SVC〕的一个分支，结构如图三所示。TSC通过给系统注入超前的容性无功电流来平衡系统中存在的感性无功电流，从而到达无功补偿的目的。图三、TSC结构TSC的典型装置通常由两大局部组成：一局部为TSC主电路，它包括晶闸管〔假设干组〕、补偿电容器〔同样分成假设干组〕及阻尼电抗器；另一局部为TSC控制系统，主要由数据采集与检测、参数运算、投切控制、触发控制4个环节组成。晶闸管阀通常有2种接线方式：2个晶闸管反并联和1个晶闸管与1个二极管反并联。两者都是投切电容器的开关，所不同的是，前者晶闸管阀承受最大反向电压低，为电源电压峰值，但投资较大，控制复杂；后者投资小，控制简单，但晶闸管阀承受最大反向电压高，为电源电压峰值的2倍。电容器的投切是根据电网负荷变化情况来决定的，当电网无功功率增加，电压下降时，投入电容器；反之，切除电容器。电容器分组有等容分组和不等容分组2种。前者易于实现自动控制，但补偿级差大，后者利用较少的分组就可获得较小的补偿级差，但不易控制。在实际中也有采用二者的折中，即采用n-1个电容值均为C的电容，和一个电容值为C/2的电容，这样系统从零到最大补偿量的调节那么有2n级。目前，TSC技术多应用于用户侧低压系统补偿，技术成熟，实用性较高。〔四〕并联型APF并联〔电压〕型APF的原理如图四所示，其根本原理是利用电力电子技术动态地产生一个与谐波源电流方向相反的谐波电流，对电流波形“缺失〞的局部进行补偿、而对电流波形“凸出〞局部进行“削除〞，从而到达滤除谐波的目的。APF还可抑制闪变和平衡三相电压或电流。有源滤波器通常由谐波检测环节、控制系统、主电路、高通滤波电路以及耦合变压器等构成，如图五所示。目前，并联型APF技术可用于1kV以下的滤波场合，功率约为100kvar左右。在1kV以上系统中的应用受制于开关器件IGBT(IGCT)容量、串并联技术、逆变桥级联技术的进一步突破和开展。另外，APF装置价格昂贵，按无功补偿容量每kVar的价格约为无源滤波器的十倍左右。图四、并联有源滤波器原理图图五、并联型有源滤波器的拓扑结构图〔五〕串并联混合型APF〔HybridActivePoweFilter，HAPF〕有源滤波器的响应快，补偿效果好，且不受电网谐波阻抗的影响，但缺乏之处是价格昂贵，与无源滤波器FC相比拟极不经济。假设将APF的优良性能与FC的低本钱结合，即可构成混合型滤波器。如图六所示，FC用于滤除固定次谐波，APF用于调节FC的性能，这样APF的功率可以做得较小，从而降低了本钱。目前，混合型APF实际应用的案例较少。图六混合型有源滤波器原理图表二总结了上述补偿方式的用途和特点。表二各种补偿方式的用途及特点设备特点用途评价晶闸管投切电容器〔TSC〕可分组投切电容器，动态调节无功和电压；广泛用于低压动态无功补偿，只能分阶调节，每次投切一组电容。可用于调压，调无功，减低电压波动低压动态补偿的较好选择；磁控电抗器MCR常采用MCR+FC的使用方式组成静止动态无功偿装置〔MSVC〕已在风电场、变电站、电气化铁路、冶金、煤炭企业动态无功补偿得到了广泛应用；可补偿无功、改善不平衡，并具有一定的滤波作用；相控电抗器TCR常采用TCR+FC的使用方式组成静止动态无功偿装置〔TSVC〕已在风电场、变电站、电气化铁路、冶金、煤炭企业动态无功补偿得到了广泛应用；可补偿无功、改善不平衡，并具有一定的滤波作用；有源电力滤波器〔APF〕功能与交流无源滤波装置相似，但不受系统参数的影响，输出无功本钱高在电弧炉等波动性谐波源治理中效果较好；价格昂贵，产品限于低压系统中；混合型滤波器〔HAPF〕综合了APF的优良性能与FC的低本钱，滤波；极具应用前景，但目前实际应用的案例较少；性能指标〔一〕晶闸管相控电抗器TCR用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反响时间快〔5～20ms〕，运行可靠、无级补偿、分相调节、价格廉价等优点。同时能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力。由于可控硅管和电抗器处于同一相电压之下，可控硅承受电压高，功率大，用于高电压领域时需通过变压器接入系统、占地面积大〔需要单独的房屋〕、可控硅管需要单独的冷却系统、维护量大、自身产生谐波、需与FC同时运行。〔二〕磁控电抗器MCR磁控电抗器有多种实现形式，目前在技术上最先进且已成熟应用的主要形式为磁路并联漏磁自屏蔽式可控电抗器，其特点是损耗小，噪音低，结构合理，生产工艺成熟，伏安特性近似直线〔硅钢片磁化曲线的线性段〕，本体根本上不产生谐波，产品安装方便，占地面积小，根本上不需要维护，电抗器容量调节范围大〔2%～100%〕，动态响应时间20ms-300ms，可直接接于6kV-500kV线路侧。〔三〕晶闸管投切电容器TSC晶闸管投切电容器的特点是：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小。另外，与晶闸管控制电抗器〔TCR〕相比，本钱低，运行时不产生谐波，自身能耗小，仅相当于整个系统补偿容量1％左右。但是由于分组投切，所以会在电网中产生冲击电流；另外控制比拟困难，不能连续补偿无功功率，且只能输出容性无功。目前在低压用户侧应用广泛。表三为几种无功补偿装置的性能参数比拟。表三、性能参数比拟型式TCRMCRTSC响应时间约10ms20~300ms10~20ms限制过压好好不能应用电压等级≤500kV≤500kV低压调节容量百Mvar百Mvar/过载能力无150%无抑制闪变可以可以可以，但能力缺乏分相调节可以可以可以无功输出连续感/容性连续感/容性分级容性自生谐波大小无噪声较小小很小损耗0.5%~0.7%0.7%~1%0.3%~0.5%控制难度较大小较大控制灵活性好好好线性度好好/运行维护较复杂简单较复杂〔四〕有源滤波器APF有源滤波器具有优良的动、静态补偿性能，且补偿特性不受电网阻抗的影响，可实现集成化，一机多用。APF的关键是要能精确、实时地检测出谐波并进行别离，从而到达良好的补偿效果。其特点为：〔1〕装置对系统来说是一个谐波电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响；〔2〕系统结构发生变化时，装置不存在产生谐波的危险，其补偿谐波的性能仍然不变；〔3〕当系统谐波电流增大时，装置不会过负荷，系统谐波电流超过装置补偿能力时，装置仍可发挥最大补偿功能，不必断开设备；〔4〕可同时补偿屡次谐波电流，减少谐波损耗；〔5〕同时也能动态补偿无功，提高功率因数。结合表一梳理的电能质量问题及表二总结的电能质量治理技术，归纳出现阶段在电力系统可使用的治理技术评估情况如表四所示。从表四可以看出，在综合考虑电网企业的经济性、社会效益以及技术难度等因素的前提下，TCR型或MCR型静止无功补偿技术可以解决电网中的三相不平衡、电压波动、闪变、低功率因数等电能质量问题，并在一定程度上解决电网谐波问题。表四现阶段在电力系统可推广的治理技术评估情况问题电压等级补偿技术及其作用评分(5代表作用最大，0代表无作用)创新性(5代表创新性最大，0代表无创新性)先进性(5代表最先进，0代表无先进性)实用性(5代表实用性最强，0代表无实用性)谐波110kV以下配网TCR的静止无功补偿，2323MCR的静止无功补偿，2423380VAPF555三相不平衡330kV以下TCR的静止无功补偿，5355MCR的静止无功补偿，5355低功率因数110kV以下配网TCR或MCR的静止无功补偿，5355TSC245电压波动与闪变配网TCR或MCR的静止无功补偿，5355TSC245间谐波380VAPF555暂降380VDVR555国内外应用情况国内应用实例〔一〕TCR型SVC〔TSVC〕在电力系统中的应用TSVC在我国电力系统中已经得到了广泛的应用，主要工程如下表所示：表五TSVC主要应用列表用户单位负荷性质电压等级TCR/TSC容量工程内容完成时间四川电力公司龙泉500kV变电站66kV180MvarTCR+FC2021四川电力公司龙泉500kV变电站66kV180MvarTCR+FC2021华中电网凤凰山500kV变电站8kV60Mvar+60MvarTCR+TSC+FC2021国家电网公司中俄联网背靠背黑河换流站35kV100MvarTCR+FC2021江西省电力公司金堂220kV变电站10kV50MvarTCR2007东北电网沈阳超高压局沙岭500kV变电站63/11kV105MvarTCR+FC2021华中电网永川〔板桥〕500kV变电站35kV120MvarTCR+FC2021福建省电力公司晋江新塘220kV变电站10kV50MvarTCR+FC2007福建省电力公司贵峰220kV变电站10kV50MvarTCR+FC2021福建省电力公司邦岭220kV变电站10kV50MvarTCR+FC2021山西省电力公司义井220kV电气化铁路35kV115MvarTCR+FC2021上海市电力公司干练220kV变电站35kV45MvarTCR+FC2021华中电网郑州500kV变电站ABBSVC改造20kV135MvarTCR+FC2007沧州供电公司刘家屯220kV变电站10kV10MvarTCR+FC2007越南VietTri220kV变电站220kV变电站23kV100MvarTCR+FC2007国家电网公司万县500kV变电站35kV180MvarTCR+FC2006华中电网陈家桥500kV变电站35kV120MvarTCR+FC2006四川省电力公司洪沟500kV变电站35kV120MvarTCR+FC2006辽宁省电力鞍山220kV红一变电站35kV100MvarTCR+FC2004黑龙江省电力多宝山220kV变电站10kV40MvarTCR+FC2021鞍山红一变TSVC国产化示范工程是国家电网公司2002年重点科技示范工程，2003年1l月开工，2004年9月正式投运，是继国内输电网引进6套TSVC后的第一个国产化TSVC工程，真正起到了输电网TSVC国产化的示范作用。在红一变3号、4号主变装设TSVC后，将成为主要调压手段，它的容量选择主要考虑：在220kV系统电压较低、红一变3号、4号主变所带负荷最重时，可将红一变66kV东母线电压补偿到一个合理的水平，即按66kV考虑需要的最大容性无功功率；在220kV系统电压较高、红一变3号、4号主变所带负荷最轻时，可将红一变66kV东母线电压补偿到一个合理的水平，即按66kV考虑需要的最大感性无功功率；具备一定动态调节容量，抑制波动冲击负荷运行时引起的母线电压变化。要满足以上要求，经过系统分析计算，需要在红一变加装一套动态无功调节范围不少于-50Mvar～+80Mvar的TSVC。为保证方案的正确性，在进行了屡次谐波测试，根据统计分析结果，66kV负荷的谐波电流含量主要为3、5、7次，TCR支路的谐波特性也是如此。为满足动态调节范围所需，设置3、5、7次单调谐滤波器各2个，共6个滤波支路，与TCR支路一起挂接在3号、4号主变35kV侧，相同配置的滤波支路可以互为备用，保证了工程的可靠性；选择滤波支路参数时，按相同支路只需投入一个即可保证滤波效果和设备平安设计，增强了灵活性。整个示范工程的系统主接线如图七所示。图七、鞍山红一变TSVC国产化示范工程TSVC的经济效益显著，主要表现在：减少了无功功率远距离的输送，降低了网损；改善了系统潮流分布；提高了鞍山受电断面的稳定水平；抑制冲击负荷引起的谐波干扰，改善了电能质量。TSVC在其他地区的电网当中同样有较为成功的应用，如甘肃电网330kV金昌变电站、瓜州变电站等、河北沧州220kV刘屯变电站、四川洪沟500kV变电站、江西赣州220kV金堂变电站。TSVC在降低网损、提高受电断面水平、稳定电压水平、改善电能质量等方面都起到了积极的作用。〔二〕MCR型SVC〔MSVC〕在电力系统中的应用MSVC在我国电力系统已经广泛使用，主要工程如下表六所示：用户单位负荷性质电压等级容量工程内容完成时间泰安供电公司红庙220kV变电站35kV12MvarMCR2021青州供电公司峱山110kV变电站10kV3000kvarMCR2021重庆供电公司辛里110kV变电站10kV3000kvarMCR2021甘肃供电公司白银110kV变电站10kV3000kvarMCR正在实施长葛市电力公司黄庄110kV变电站10kV1500kvarMCR2021德宏供电腊撒110kV变电站35kV9000kvarMSVC2021德宏供电大坪子110kV变电站35kV9000kvarMSVC2021内蒙赤峰电业局巴林左旗农网线路补偿10kV300kvarMCR2021山东电力公司平阴县变电站线路补偿改造10kV630kvarMCR2021成都电力公司线路补偿10kV300kvarMCR2021山东临朐电力公司矿山线线路补偿10kV300kvarMCR2006河南信阳供电局线路补偿10kV700kvarMCR2007准动副井变电所10kV6000kvarMSVC正在实施96531部队赤城大海坨35K变电所10kV900kvarMSVC202196531部队赤城大海坨35K变电所10kV450kvarMSVC2021鲁能康保风电35kV12MvarMSVC2021鲁能康保风电35kV8000kvarMSVC2021鲁能靖边风电35kV12MvarMSVC2021鲁能白云风电35kV22MvarMSVC2021鲁能白云风电35kV12MvarMSVC2021华电代力吉风电35kV10MvarMSVC2021大唐吉林瑞丰发电35kV24MvarMSVC2021华能新疆风能华能新疆托克逊白杨河风电场35kV12MvarMSVC2021陕西红柠铁路有限责任公司红柳林至神木西铁路专用线牵引变电所27.5kV1600kvarMSVC2021陕西红柠铁路有限责任公司红柳林至神木西铁路专用线牵引变电所27.5kV2400kvarMSVC202127.5kV4500kvarMSVC湖北襄樊六里坪变电所2400kvarMSVC陕西安康冷水变电所2000kvarMSVC陕西西安纺织城变电所1600kvarMSVC陕西镇安长哨变电所2000kvarMSVC陕西镇安柞水变电所2000kvarMSVC陕西镇安营盘变电所2400kvarMSVC10kV2000kvarMSVC10kV2700kvarMSVC10kV3000kvarMSVC阳泉煤业(集团)有限责任公司10kV1000kvarMSVC山西金昌煤炭气化10kV2000kvarMSVC泰安供电公司的红庙站内有两台220kV、120MVA容量的主变在运行，站内共有40Mvar的容性无功补偿容量，由于为农网供电的35kV出线较多，无功波动较大，电容器投切和有载分接开关动作较频繁，特别是夜间、节假日等时间，站内电压、无功的调控困难，对一次无功补偿设备的平安运行带来较大的影响。为此，新增加了一台35kV、12000kvar容量的磁控电抗器，并接在电容器组出线#317开关处，与35kV#1电容器组并联运行。磁控电抗的动态无功补偿装置〔MSVC〕投运后，实现了站内无功功率的连续平滑调节，同时有效减少了电容器组和有载分接开关的调节频度，大大提高了设备的可靠性，具有明显的经济效益。变电站的动态无功补偿装置实际运行的状况说明，该套装置运行可靠、维护方便，对稳定系统电压和平衡无功发挥了重要作用。〔三〕TSVC、MSVC在电气化铁道上的应用电气化铁道的快速开展使得牵引供电系统的电能质量问题逐步受到重视。电气化铁道的电力机车牵引负荷是单相整流负荷，具有不对称、非线性、波动性和功率大的特点，同时产生大量谐波和基波负序电流。牵引供电网的功率因数一般也较低，且负荷随着列车重量、线路坡道、牵引或制动等不同运行条件剧烈变化，引起电压波动和闪变。图八、某牵引变电所TSVC接线图图八所示为安装在某铁路分局牵引变电所的SVC。在仅由固定电容器补偿下，功率因数为0.85左右〔考核值为0.9〕，每月都要缴纳低功率因数罚款，加装SVC系统之后，功率因素提高到0.95，除得到当地供电部门奖励外，所需费用投资也在一年多时间内收回。安装在各地铁路部门的SVC总体补偿效果也令人满意。国外应用实例纳米比亚NamPower公司新建的一条长890km的400kV输电系统，把纳米比亚高压输电系统和南非Eskon高压输电系统连接起来，但是新增的线路带来了新的问题，主要是电压的稳定性和谐振问题。NamPower的Auas变电站会出现非常高的过电压。一旦发生50Hz的谐振，在某个系统负荷的发电机出力条件下就会出现很高的动态过电压，这将使得NamPower系统无法运行。为此，在Auas变电站安装了一台TSVC，主要是控制系统电压。Auas变电站的TSVC动态范围是330Mvar〔-250Mvar～+80Mvar〕，其中250Mvar的感性无功由3个TCR来提供，第4个持续储能的TCR那么一直处于备用；在系统稳态运行期间，2个40Mvar的双调谐滤波器用来减少谐波，提供容性无功功率。整个装置的结构示意图如图九所示。图九、Auas变电站330MvarTSVC俄罗斯率先研究和应用磁控电抗器，已经在电网得到应用。俄罗斯电工研究院及相关企业已经设计制造了50多台35~500KV不同类型的可控电抗器。主要业绩有：赤塔电站〔俄罗斯〕电压等级为220KV，容量为100MVA的三相可控电抗器于2002年投入运行；巴拉诺维奇电站〔白俄罗斯〕电压等级为330KV，容量为180MVA的三相可控电抗器于2003年投入运行；西伯利亚〔俄罗斯〕电压等级为500KV，容量为180MVA的三相可控电抗器于2005年投入运行。美国电力科学研究院〔EPRI〕于2002年9月宣布推广磁控电抗器〔MCR〕技术在国内的应用，并给予经费资助。综合效益分析〔一〕经济效益分析〔1〕减少一次系统远距离输送无功功率，降低一次网损由于很多负荷中心，距离较大的发电厂较远，远距离输送大量的无功可造成一定的有功损耗。SVC投运之后，实现无功就地合理补偿，大大地降低因远距离输送无功造成的一次电网损失。以鞍山红一变为例，根据东北电网EMS系统的计算，红一变TSVC平均容性无功出力在85Mvar〔动态65Mvar、固定电容器20Mvar〕，可使系统减少一次有功网损2.13MW，这样，每年可使东北电网降低一次网损1865.9万kWh，每kWh按0.4元计算，折合人民币近743.6万元。〔2〕提高红一变二次系统电压，降低二次网损通过优化无功补偿后，系统二次电压根本稳定并将电压提高到最正确值，2003年红一变66kV西母系统的平均电压为64.85kV，红一变TCR型SVC投入以后，使红一变66kV西母系统的平均电压提高到66.1kV，电压提高后，电能的可变损失降低11.6%，可使红一变二次系统每年少损失电量为：401.3万kWh，每kWh按0.4元计算，折合人民币近160.5万元。〔3〕降低系统电压波动，提高电能质量由于目前220kV系统的日电压波动较大，加上红一变所带的负荷具有一定的冲击性，造成了红一变二次66kV系统电压的波动较大，使红一变系统所带的站前、繁荣等二次变电所10kV系统电压的波动也较大，有时影响局部企业的正常生产，电能质量达不到国家标准。投入TSVC后，红一变66kV西母电压的波动0.5%范围内，波动很小，红一变所带的站前、繁荣等二次变电所10kV系统电压的波动也很小。TSVC也使220kV电压的波动降低，大大的提高系统的电能质量，减少了用户因电压波动而造成设备停运的损失。〔4〕快速电压支承作用由于红一变系统所带的负荷主要鞍山钢铁集团公司的炼钢、制氧、轧钢等重要负荷，局部用电设备采用进口设备，对电压质量要求较高，由于在系统出现短路故障〔如：红一变送出66kV线路或其所带的二次变二次侧10kV短路〕时，出现瞬间的电压跌落，使在这一系统运行的局部设备因失压跳闸，甚至造成整个生产线的全停，使企业造成较大的经济损失。投运以后，由于TSVC的快速响应能力，能够在系统出现电压跌落时，迅速支承系统电压，使用户不至于因电压的瞬间跌落造成跳闸停产，减少了用户损失。假设将红一变的TSVC用MSVC替代，多带来的经济效益是根本相同的。环保效益两种形式的动态无功补偿器均可提高电网功率因数，降低线路损耗，节约能源。电网超高压大电网的形成和城市电网中电缆线路剧增，电网中的无功功率变化和电压波动等问题日益突出，实施无功功率动态平衡和电压波动的动态抑制、加强电网谐波治理、抑制超高压输电长线路末端电压升高和减少线路单相接地时的潜供电流、消除发电机自励磁等措施，对电网的平安经济运行、促进电网节能，具有重要意义。应用于冲击性负荷和不稳定负荷的无功功率补偿，解决非同步电气设备无功功率损耗变化大、不稳定，负荷变化极为快速，并且引发大量无功功率的需求，动态无功补偿装置能够快速完成全部无功补偿，动态稳定电压、提高负荷能力、消除闪变波动，有效滤除谐波，节电效果非常显著，经济效益极为可观。在电气化铁路的应用中，动态无功补偿系统综合进行无功补偿和滤波，能有效地解决牵引变电站功率因数低、谐波含量高、电压波动和闪变等问题，减少了系统的损失，降低维修费用，提高系统带负荷的能力。〔三〕社会效益采用静止动态无功补偿器是解决以上电网动态无功储藏和解决大多数电能质量问题的最有效措施之一。随着晶闸管相控电抗器TCR和磁控电抗器MCR技术的日益成熟，TSVC和MSVC工程的实施，可为公司带来可观的经济效益，稳固企业在国内同类企业中的领先地位，树立企业形象，而且可以提高社会就业率，为社会创造更多的财富，促进地区经济开展。生产能力分析〔1〕中国电力科学研究院中国电力科学研究院电力电子公司是在输配电及节电技术国家工程研究中心的根底上组建的专业公司。主要从事电力电子技术、电能质量技术、小波变换理论在电力系统的应用等高新技术产品的研究与开发、生产以及销售、技术咨询和工程承包。其中包括SVC工程的设计、制造、安装、调试。中国电科院在静止无功补偿装置的系统设计、装置设计上有长期理论研究和装置研发的经验，其2004年投运的鞍山红一变SVC系统采用了多项国际先进国内领先技术。局部技术已到达国际领先水平。〔2〕北京国能子金电气技术北京国能子金电气技术是一家专业生产磁控电抗器式动态无功补偿及谐波治理成套装置〔MSVC〕的科技型企业，注册资本10000万元。公司在济南市高新技术产业开发区建设有生产基地，拥有现代化的综合厂房以及全套进口数控生产、加工、测试设备，拥有较强的高新技术研发和生产制造力量，具有可靠的试验设备和手段；目前，公司正在北京经济技术开发区建设新的生产基地。公司将具备年生产磁控电抗器设备500套以上的生产能力，产品将在电网、风电、铁路、煤矿等行业中得到广泛应用。北京国能子金电气技术拥有磁控电抗器的研发、设计、生产、试验等多方面的专业技术人才和经验丰富的售后工程师团队，与中国电力科学研究院、山东电力研究院、山东爱普电气等国内知名科研机构和企业结成战略合作伙伴关系，依托其强劲的科研及技术实力，为电力、铁路、冶金、石化、建材等行业提供一体化的电压无功控制及电能质量解决方案。公司已形成目前国内最为成熟可靠的磁控电抗器的设计。〔3〕鞍山荣信鞍山荣信电力电子股份为民营股份制企业，主要从事高压电网动态无功补偿装置〔SVC〕、电力滤波装置〔FC〕、高压变频传动装置的设备制造企业，公司位于鞍山经济开发区内。鞍山荣信SVC技术引进自原苏联，其SVC阀的冷却采用热管自然冷却，世界上尚无在100Mvar以上容量的SVC装置中使用该冷却方式的应用〔包括原苏联国家在内〕。阀的触发方式为高频电磁触发方式，触发能量由位于控制器内部的功率单元发出，通过电磁耦合方式送入位于高压侧的阀组。控制系统采用单片机完成监控与调节，人机界面为数码显示方式，无与上级综合自动化系统接口。〔4〕西电科技西安西电科技实业有限责任公司隶属中国西电集团，在西安国家级高新技术开发区注册，公司依托西电集团的整体配置优势和信息网络资源，SVC装置的主要元件生产主要依托于西安ABB电容器厂、西安整流器厂、西安扬子电抗器厂，从事电力系统变流、变频、滤波、补偿及有关电力电子设备的研发。其SVC技术源于80年代中期原BBC引进技术，阀组采用卧式结构，散热方式为水冷，水冷目前为国内配套，采用开放式水冷结构。控制系统为80年代中期模拟式。标准规程状况TSVC已采用标准:IEEEStd1031-2000IEEEGuideforFunctionalSpecificationofTransmissionStaticVarCompensatorsIEEEStd1303-1994IEEEGuideforStaticVArCompensatorFieldTestsGB/T20297-2006静止无功补偿装置〔SVC〕现场试验GB/T20298-2006静止无功补偿装置〔SVC〕功能特性DL/T1010.1~1010.5-2006高压静止无功补偿装置第1~5局部MSVC已采用标准:GB/T10229-1988电抗器GB1094.1-1996?电力变压器第一局部总那么?GB1094.2-1996?电力变压器第二局部温升?GB1094.3-1996?电力变压器第三局部绝缘水平和绝缘试验?110(66)kV-500kV油浸式变压器(电抗器)运行标准Q/GDW170-2021油浸式变压器(电抗器)状态检修导那么推广应用方案对电网中每个接点的无功补偿装置的出力按优化运行的要求进行平滑、动态、快速地调节是当代无功调节开展的方向。〔1〕电网稳态状态下也需要动态无功补偿资源现代电网周波质量到达了99.99％以上，主要原因是AGC的作用，能够快速动态地调节发电机有功出力与负荷相平衡。要使电压质量到达周波质量水平，电网必须有快速动态的无功补偿调整，才能适应电网负荷动态的变化。〔2〕电网中每个厂站都需要动态无功补偿资源电网频率的调整只要求有足够容量的发电厂进行有功功率平衡的调控，而电网电压的调整那么要求无功必须是就地、分区、分层的平衡，这就要求全网的每一个发电厂、变电站都要具有动态无功补偿资源。对电网中每个接点的无功补偿装置的出力按优化运行的要求进行平滑、动态、快速地调节是当代无功调节开展的方向。〔3〕用户也需要有动态的无功补偿资源用户的无功负荷占全网的70％，提高电压质量必须有用户的积极参与，用户的无功补偿是电网中最好的受端电压支撑。用户无功负荷的快速动态平衡是解决我国电网无功电压问题的重中之重。为此，必须将用户的功率因数考核由平均功率因数电量法改为功率因数分段电量法。用户只有采用SVC才可能到达要求。〔一〕技术推广原那么〔1〕晶闸管控制电抗器TCR技术由于TCR装置性价比拟好，响应速度快〔10～20ms〕等原因，是我国目前应用最为广泛的一种SVC型式。我国于80年代至90年代初，为提高输电能力和稳定性、提高供电质量、降低网损，在电力网中先后引进了6套TCR型SVC，调节容量为105～240MVA，分别安装在武汉凤凰山、广东江门、郑州小刘、沈阳沙岭和珠州云田5个500kV变电站。这6套引进的SVC运行都不太理想，主要原因是：未充分考虑中国电网实况，有的设计条件和电网不符；技术相对陈旧、自动化程度低、维护复杂、对运行人员素质要求较高；后期技术效劳没有跟上，备品备件不能及时补充，又没有技术升级措施。进入90年代，随着电力电子技术的不断开展和控制技术的不断提高，ABB、Siemens、Alstom、日本东芝、三菱等大公司全数字化大容量TCR型SVC装置进入实用化阶段，装置的可靠性和对无功补偿的效果得到提升，TCR在工业领域和输配电领域得到更广泛应用。中国电力科学研究院于2001年推出了6～35kVTCR型SVC新平台，采用全数字化控制、封闭式循环纯水冷却、综合自动化、光电触发等一系列新技术，并成功地应用到工业用户〔交流电弧炉、轧机〕治理工程及电网变电站无功电压控制上，在技术平台上已经同国外各大公司处于同等水平。从2001年起已为工业用户提供26套装置，有效地改善了电网电能质量，保证了用户平安、可靠生产和节能降耗。2004年9月，由中国电力科学研究院承当的辽宁鞍山红旗堡220kV枢纽变电站TCR型输电网SVC示范工程投入正常运行，容量调节范围-100～+56Mvar，电压35kV，是我国第1套具有完全知识产权在输电网领域的大容量、高电压的SVC装置。川渝500kV电网通过三万、万龙500kV线路与华中东部四省电网联网后，由于远距离向华中送电，大功率穿越四川、重庆电网，川电外送中通道〔即洪陈线〕动态电压支撑明显缺乏，输电通道缺乏足够的中间电压支撑，输电能力较低，电网的平安运行依然高度依赖于川电东送安控系统，不能满足进一