MSVC技术原理及应用Word下载.docx

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铁心段始终不饱和，仅小截面

段饱和，且饱和的程度很高。

图4为铁心磁化曲线示意图，曲线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极限饱和线性区。

若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时亦能大幅降低铁心磁滞损耗，电抗器铁损控制在理想状态

图3磁阀式可控电抗器铁心结构

图4铁心磁饱和特性

可控电抗器原理接线图如图5所示。

在可控电抗器的工作铁心柱上分别对称地绕有匝数为

的两个线圈，其上有抽头比为

的抽头，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，续流二极管接在两个线圈的中间。

图5磁控电抗器原理接线图

当电抗器绕组接至电源电压时,在可控硅

两端感应出

左右电源电压的电压。

电源电压正半周触发导通可控硅

，形成图6（a）所示的等效电路，其中

，在回路中产生直流控制电流

和

；

电源电压负半周期触发导通可控硅

，形成图6（b）所示的等效电路，在回路中形成直流控制电流

。

一个工频周期轮流导通

，产生的直流控制电流

，使电抗器工作铁心饱和，输出电流增加。

可控电抗器输出电流大小取决于晶闸管控制角

，

越小，产生的控制电流越强，从而电抗器工作铁心磁饱和程度越高，输出电流越大。

因此，改变晶闸管控制角，可平滑调节电抗器容量。

（a）

导通（b）

导通

图6晶闸管导通等效电路

3．磁阀式可控电抗器特性

3.1谐波特性

磁阀式可控电抗器产生的谐波比相控电抗器（TCR）小50%。

如图7所示。

可见最大3次谐波电流为额定基波电流的7%左右，5次谐波电流为2.5%左右。

图7可控电抗器谐波电流分布

3.2伏安特性

可控电抗器伏安特性如图8所示，可见，在一定控制导通角

下，磁阀式可控电抗器伏安特性近似线性。

图8磁阀式可控电抗器伏安特性

3.3控制特性

可控电抗器控制特性图9所示，图中横坐标为可控硅控制角度，纵坐标为电抗器在额定电压下的基波电流幅值标幺值，基准值为额定基波电流幅值。

由图可见，可控电抗器输出电流（容量）随控制角增加而减少。

图9可控电抗器控制特性

3.4响应时间

图10示出可控电抗器从空载到额定或从额定到空载容量的电流过渡过程波形，时间约为0.3秒。

例如，额定容量为300MVA的可控电抗器，紧急情况下可在0.3秒内可提供300MVA的无功功率。

图10可控电抗器调节过渡过程波形

4．特点

MCR型SVC的特点

电感平衡部分的结构是由一台磁控电抗器组成，其优缺点大致表现在以下几个方面：

⏹磁控电抗器控制部分的可控硅一般工作在系统额定电压的百分之几的水平上，由于是在控制磁阀的饱和度，所以无需很大的控制功率，晶闸管工作在低电压小电流的工况下，大大提高了系统的稳定运行系数。

⏹磁控电抗器本身就像一台变压器，可以采用不同的冷却方式，在35KV电压等级以下均采用风冷和油冷两种自然冷却方式，所以没有辅助冷却设备，可以为无人值守的变配电系统配套使用。

⏹由于可控硅部分工作在支流运行方式，所以不会产生谐波电压，近乎于TCR型所产生谐波量一半以下的谐波是因为磁化的非线性过程造成的。

⏹磁控电抗器的缺点是反应速度相对较慢，在0.2S左右，与饱和速度成反比。

目前正在开发反应速度更快的产品。

⏹磁控电抗器免维护，占地面积小，安装方便。

5．可靠性

Ø

这种可控电抗器不需要外接电源，完全由电抗器的内部绕组来实现自动控制；

其控制系统从输电线路进行数据采集，通过控制可控硅晶闸管的导通角进行自动控制，因此可实现连续可调，并且从最小容量到最大容量的过渡时间很短，因此可以真正实现柔性输电；

网侧绕组不需要抽头，所有绕组的联接也很简单，保证了高压或特高压可控电抗器的可靠性；

从产品的运行情况看，俄罗斯500kV及以下等级已大量采用该技术，国内750KV系统也在实际操作中，方案可见是先进、成熟和可靠的。

6．安全性

●MCR仅仅需要一只二极管、两只可控硅，磁控电抗器，可控硅不需要串、并联，承受电压只有系统总电压的1%-2%，运行稳定可靠。

●可控硅动作，整流控制产生的谐波不流入外交流系统。

●即使可控硅或二极管损坏，磁控电抗器也仅相当于一台空载变压器，不影响系统其他装置的运行。

●接入三相系统的MCR采用角形连接，并不是将磁控电抗器取代滤波电容中的串联电抗器，因此与电容器不会产生谐振。

当MCR容量与电容器容量相等时，发生并联谐振，等效阻抗无穷大，相当于从系统中断开。

7．经济性

采用低电压水平的电子器件（可控硅）控制，就可以实现各个电压级别电压的自动调整，保持电压的稳定；

在相同电压下可提高30%的输电容量；

降低输电线路的损耗；

提高电力系统的稳定性；

在系统的静态和动态情况下均能最大限度地传输功率；

电网中采用这种可控电抗器可取消自耦变压器第三绕组以及相配套的补偿电容器，工程总造价降低。

磁控电抗器结构简单，占地面积小，基础投资大大压缩。

MSVC自身有功损耗低。

8．使用范围

广泛适用于电力无功变化迅速，电压、无功、谐波需控制或综合治理的供用电场所：

电气化铁路：

港口

冶金：

A．工业用电炉和铁合金炉

电炉（铁合金电炉）在工业上用途非常广泛，炼钢、炼铁、炼铁合金都需要很大功率的电炉。

电炉的工作特性特殊性，会对电网造成很大的冲击破坏，如造成电网电压波动；

电压的闪变；

三相严重不平衡；

无功功率快速变化；

产生大量的高次谐波等。

B．轧钢系统

系统的功率因数都十分的低，一般的补偿装置，但都存在没有动态调整部分的问题，对于这类设备，采用磁控电抗器组成的SVC是十分合适的，咬钢的过程都在数秒的惯性范围内，完全可以适应系统的要求，甩钢后又能及时地由电抗器保持平衡，不会出现过补现象。

C．原料及高炉系统

一般区域变电系统的功率因数都很低，同时电机的工作负荷也很不稳定，所以可以大量的采用MCR型SVC作为补偿装置。

D．有色冶金

冶炼铜和铝:

一般都采用电炉冶炼，其过程比钢铁冶炼炉稳定，也是高耗能的化学反应过程，但稳定波动系数更大，所以也存在电压波动大、谐波丰富及功率因数很低等方面的问题，是推广应用MCR型SVC的另一个对象。

电解铜和铝:

大量采用整流装置，由于会产生的谐波和槽内电流变化的不稳定性都导致了电压的无序波动，而设备的调节系统的工作会进一步加剧这种波动，因此稳定供电一直是电解系统的一大难题，采用MCR型SVC将会很好的解决此类问题。

煤炭：

煤炭企业主要的生产工艺过程为采掘和运输（提升），工辅系统为通风和排水，百分之九十的动力设备为旋转电机，而且以交流电机为主。

煤炭企业最大的特点是单机容量都较大，独立分布和一些设备启动频繁等特点，由此造成了系统供电品质因素很低，稳定性很差等诸多问题，改善这类问题的很好办法也是采用反应速度要求不高，但运行可靠，投资与其它类型SVC有较大竞争的磁控型静补设备。

建材水泥

大部分水泥企业都采用活性水泥生产工艺，与煤炭企业唯一不同的就是它基本在地表以上操作，通风变成了除尘，也存在大量的皮带运输的问题，所以与煤炭企业相似。

电力系统

a．可用于并联电抗器：

长距离高压输电线路，在一定条件下，末端会造成容升电压升高，可调电抗器并接入线路，可自动调节电感，吸收无功电流，防止电压升高。

b．用于消弧线圈：

中压输电系统发生单相接地时，对地电容电流会严重威胁电网的安全。

传统的方法是在系统的中性点处装设电感不可调的消弧线圈，用以抵消电容电流，达到灭弧的目的。

由于电感不可调，灭弧效果并不理想。

用可调电抗器作成消弧线圈，可任意调节电感，灭弧可靠性更高。

c．用于输电线路：

可调电抗器和电容器串联接入输电线路，可以补偿输电线路的电感，提高线路输电能力；

改善系统的稳定性；

降低系统的损耗，改善线路的电压分布；

优化线路间的负荷分配。

9．应用举例

山东新汶矿业集团协庄矿副立井降压站项目。

9．1系统概况：

系统如图所示：

电网和电厂各两路进线，正常情况下一备一用，35KV两台母联开关闭合，2号、3号主变运行，6KV母线并列运行，两段各有1440KVar的补偿电容器。

针对以上情况，对系统电能质量进行了综合测量，分析如下:

选取了电网1#进线点进行了测量，数据如下：

有功功率：

无功功率：

功率因数：

谐波频谱：

由以上测试数据分析可以知道，电厂1#线功率因数很高，而且比较稳定，但电网1#功率因数波动很大，变化规律如下：

6KV系统负载较小时，从电网吸收的无功功率很小，电厂向电网输送的有功功率却很大，功率因数就很高，达到0.96。

绞车启动时，要吸收较大的有功功率和无功功率，这就使输送到电网的有功功率大大降低，而从电网吸收的无功功率却明显增加，造成功率因数很底，且变化速度很快。

夜间负载增大后功率因数同样也很低。

系统中5次、7次谐波含量较大，需要治理。

9．2系统情况分析

1）、电厂正常运转

电厂正常运转时给矿里配电所、河北配电所、电厂配电所、副立井降压站和纸厂降压站输送有功功率并将富余部分向电网倒送。

同时系统从电网吸收无功功率。

电厂正常运转所发送的总有功功率平均为：

20500KW：

电厂自身平均负荷1800KW

河北配电所平均负荷3140KW

矿里配电所平均负荷3458KW

纸厂将压站平均负荷4705KW至0KW

副立井将压站平均负荷4608KW

当纸厂所有负荷都使用电厂供电时，电厂所发的有功功率将剩余20500-1800-3140-3458-4705-4608=2789KW并向电网倒送；

当纸厂所有负荷都不使用电厂供电时，电厂向电网倒送的有功为2789+4705=7494KW；

则可以得出电厂向电网倒送有功功率的范围为2798KW至7494KW。

2）、电厂只发出一半有功功率10250KW

由系统的配电情况知，电厂发出的电能优先满足河北配电所、矿里配电所和电厂本身所需，三者所需总有功功率为：

3140+3458+1800=8398KW。

此时，纸厂使用电厂电能的范围仍然为0KW至4705KW。

考虑两种极端情况：

a、纸厂使用电厂电能为0KW

此时，电厂发出的电能满足河北配电所、矿里配电所和电厂本身所需之后剩余10250-8398=1852KW，该部分有功输送到副立井配电所供之使用，但不能满足该所的需要。

该所使用电厂输送来的1852KW之后仍然需要从电网吸收4608-1852=2756KW有功功率。

b、纸厂使用电厂电能为4705KW

河北配电所、矿里配电所和电厂本身再加上纸厂总需求有功功率为8398+4705=13103KW，而电厂只发出10250KW，不足的部分13103-10250=2835KW只能从电网上吸收；

且副立井配电所的所有需求也只能从电网上吸收，此时从电网吸收的总有功功率为：

2835+4608=7461KW。

所以，当电厂只发出一半有功功率10250KW的时候，系统需要从电网吸收的有功功率范围为2756KW至7461KW。

3）、电厂不运转

电厂不运转时，纸厂由集团公司中心降压站供电；

矿里配电所、河北配电所、电厂配电所、副立井降压站则全部由电网供电。

此时从电网吸收的有功功率为1800+3140+3458+4608=13006KW，同时需要从电网吸收的无功功率也要增加。

考虑到各配电所都有补偿电容器对无功进行补偿后功率因数都比较高（河北配电所和矿里配电所功率因数均为0.95左右），且还需要在副立井降压站增加补偿电容器容量；

另外，该种极端情况出现的几率很小，即使出现维持的时间也不会太长，所以该种情况可以不予考虑。

若电厂不运转的情况经常出现或一旦出现维持的时间很长，又或以后会撤消发电厂，则需要对各个变电所单独进行改造。

4）、综述

当系统向电网倒送有功功率时，其范围为2798KW至7494KW。

系统从电网吸收的有功功率时，其范围为为2756KW至7461KW。

两个集合并集再考虑余量，取最低限为2700KW。

如果把无功功率看成一个常量，则有功功率越小，功率因数越小；

有功功率越大，功率因数越大。

只要在电网入线点流过的有功功率最小的时候能满足功率因数达到0.95，则其他情况就能保证功率因数达0.95以上。

当电网入线点流过的有功功率为2700KW，功率因数为0.95时，由功率因数计算公式：

cosψ=W/√W×

W+Q×

Q可计算出所需从电网吸收的无功功率为：

887Kvar。

只要使从电网吸收的无功功率小于887Kvar，就能满足补偿设计的要求（要求功率因数在0.95以上）。

由测试的无功曲线可以看出，系统从电网吸收的无功功率平均在1600Kvar左右，为了满足从电网吸收的无功功率小于887Kvar，则需要再增加补偿电容器容量应大于1600-887=713Kvar。

考虑到以上是采用各配电所及降压站的平均负荷计算和适当增容的需要，应适当增大补偿电容器的容量，调整再增加补偿电容器容量为1620Kvar；

加上系统原有的2880Kvar，补充总容量选定为4500Kvar。

另，从测试所得无功变化曲线可知，系统存在过补偿的现象，过补偿的容量平均为1300Kvar，考虑补偿电容器容量的增加，选定磁控电抗器容量为1800Kvar。

9．3方案设计：

综合以上，拟订方案方向为：

考虑电容器室空间的问题，将副立井6KV侧Ⅰ段母线原有的1440Kvar电容器组改造为1800Kvar，采用自动补偿方式；

6KV侧Ⅲ段母线原有的1440Kvar电容器组改造为2700Kvar固定补偿，同时选配1800Kvar的磁控电抗器（MCR）进行综合调节，能实现从900Kvar-2700Kvar的连续补偿，以调节无功功率的快速变化，使功率因数稳定在0.95以上，同时稳定系统电压。

整个系统在运行负荷较多的时候可以满足负载对无功的需要；

当运行负荷较少，过补容量小于1800Kvar时，由磁控电抗器（MCR）消除过补的无功功率；

当过补容量大于1800Kvar时，自动切除补偿容量为1800Kvar自动补偿电容，余下的再由磁控电抗器消除。

通过自动补偿和动态补偿（MSVC）相结合，对于整个系统来说，自动补偿组投上时可以实现2700Kvar-4500Kvar的连续补偿；

自动补偿组切下时可以实现900Kvar-2700Kvar的连续补偿；

既能消除过补欠补现象满足功率因数的设计要求，又可以避免因负荷（提升机）的频繁变化造成自动投切电容柜的频繁投切。

配置电抗率为6%的干式铁心电抗器。

配检修隔离开关和防误闭锁，确保检修安全。

10．结束语

目前，MCR型SVC已经在煤况和冶金行业得到了广泛的应用，并取得了显著效果且形成了成熟的技术方案。

现在SVC的发展研究主要集中于控制策略上，如引入了模糊控制、人工神经网络和专家控制系统到SVC控制系统，使SVC系统的性能更加提高。