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我国电能质量的产业发展及应关注的问题(2)

北极星电力网技术频道    作者:林海雪   2011/3/14 13:17:28   

目前,无源电力滤波器技术上基本已成熟,国内外能承担无源电力滤波器设计和成套供货的厂家(公司)很多,由于价格上优势,国产设备占据较大市场份额,但缺少相关产品的规范或标准,应尽快制定。

2.2 静止无功补偿装置

静止无功补偿装置(SVC)装置是一种综合治理电压波动和闪变、谐波以及电压不平衡的重要设备,主要分二大类产品;一类是直接用晶闸管控制的;另一类是利用铁磁饱和特性调节的。使用晶闸管的SVC包括以下几种结构:晶闸管控制电抗器(TCR);晶闸管控制的高阻抗变压器(TCT);晶闸管投切电容器(TSC);TCR+TSC混合装置;TCR+固定滤波器(或机械投切滤波器)的混合装置。TCT装置是TCR一种特殊型式,在国外(如日本、德国)主要用在小容量(20Mvar以下)装置上,国内只有少量引进,也曾试制过,由于高阻抗变压器技术上问题(如漏磁、损耗等)未能推广应用。TSC实质上和TSF相似,只是没有(或很少)滤波功能,在高压上主要是和TCR配合构成混合装置,单独使用较少。而低压TSC和TSF一样,在国内外也已广泛使用,这里不作进一步论述。至今世界上安装的高压SVC(以TCR为主)总数在900套左右,总容量超过93 000 Mvar,其中用于超高压输电系统的SVC已有200多套,最大一套装于墨西哥Temascal 400kV变电站,动态调节容量达600Mvar[3]。TCR装置由于性价比较好,响应速度快(10~20ms),已成为SVC技术的主流。下面介绍我国TCR型SVC产业发展情况。

从20个世纪70年代中期,美国GE公司、BBC公司和ASEA公司(现合并为ABB公司)和Siemens公司等先后开发出TCR型SVC,开始在工业用户和输配电领域应用。我国在1982年由机械部和电力部联合通过西安电力机械公司引进了BBC公司的TCR型SVC无功补偿技术,并经过多年的努力,于1989年底首先在大冶钢厂投入使用,但由于控制调节器采用的是模拟技术,冷却系统采用半封闭开放式水冷方式,自动化程度和装置的可靠性较低,在国内推广步履艰辛,目前技术上已相对落后。90年代中期,鞍山荣信电力电子公司引进了乌克兰的TCR型SVC无功补偿技术,价格较低,在冶金、机械等行业赢得了相当市场,但控制器和调节器以分立元件为主,采用脉冲变压器隔离的电磁触发方式,风冷式热管散热,大容量下晶闸管的结温较水冷散热方式高30℃左右,因而损耗较大、装置故障率较高,也限制了推广使用,特别是在大容量装置中。

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;后期技术服务没有跟上,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发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6~35kV TCR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,保证了用户安全、可靠生产和节能降耗。2004年9月,由中国电力科学研究院承担的辽宁鞍山红旗堡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。

近年来,我国经济持续高速发展,电力供应已趋紧张,而不少电网中无功储备不足,配置不合理,特别是缺乏动态无功调节手段,这些已成为威胁电网安全稳定运行和保障电能质量的主要因素。SVC装置(其中以TCR为主)以其技术成熟、造价相对低廉、运行维护方便等优点,近10多年来,在世界范围内其市场一直在迅速而稳定地增长,始终占据着动态无功补偿的主导位置。因此,在国内近几年SVC装置还有广阔的发展空间。

2.3 FACTS和DFACTS装置

基于电力电子技术的灵活交流输电系统(FACTS)通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流,是提高输电系统输送容量的有效装置。目前主要的FACTS装置有:静止同步补偿器(STATCOM)、晶闸管控制的串联投切电容器(TSSC)、可控串联补偿电容器(TCSC)、统一潮流控制器(UPFC)等。其中串联补偿装置,如TSSC、TCSC等能使输电线路的阻抗变小,相当于缩短了输电线路的长度,因此是提高系统输送容量和暂态稳定性的重要手段;而并联补偿装置——STATCOM,通过与系统进行无功功率交换,以维持线路电压恒定,因此是抑制系统电压波动、闪变和提高系统稳定性特别是电压稳定性的有力工具;UPFC则综合了串、并联补偿的功能,能对线路电压、阻抗、相位进行控制,从而实现控制潮流、阻尼振荡、提高系统稳定性等多功能。

作为FACTS技术在配电系统应用的延伸——DFACTS技术,又称用户特定电力(Custom Power)技术,已成为改善电能质量的有力工具,该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率,并且关断容量已达MVA级,因此DFACTS装置具有更快的响应特性(可以达5ms以内)。目前主要的DFACTS装置有:有源电力滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止同步补偿器(D-STATCOM)、固态切换开关(SSTS)、蓄电池贮能(BESS)和超导贮能(SMES)、故障电流限制器(FCL)和固态断路器(SSB)等。其中APF是补偿谐波的有效工具;而DVR通过自身的储能单元,能够在ms级内向系统注入正常电压与故障电压之差,因此是抑制电压暂降的有效装置。

来源:中国电力科学研究院
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