SVC静止型动态无功补偿解决方案.docx
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SVC静止型动态无功补偿解决方案
SVC静止型动态无功补偿解决方案
1 系统需求概述
随着中国经济的迅猛发展以及新能源应用的推进，对电力系统运行的安全性、可靠性和经济性以及对电能的质量的要求越来越高。
一些大功率负荷的投入、退出，或者系统局部故障等，都会造成系统中有功功率和无功功率的大幅扰动，从而对电网的稳定性和经济性产生影响。
同时，这些扰动引起的电磁暂态过程产生的过电流和过电压又往往会危害到有关电器设备的安全。
快速有效地调节电网的无功功率，使整个电网负荷的潮流分配更趋合理，这对电网的稳定、调相、调压、限制过电压等等方面都是十分重要的。
另外，现在的直流输电工程日益发展，大功率换流装置（无论整流或逆变）都需要系统提供大量无功功率。
特别是一端为弱系统或临近的交流系统发生故障时，如果不能迅速补偿大幅度波动的无功功率，就会导致系统失控或瓦解。
在SVC出现前，人们除了精心设计和布局整个电网外，往往采用下面几种经典的办法或设备来调节电网的无功功率。
1）、适当调节发电机励磁，以调节机组运行功率因数。
2）、在交流系统适当地点（或直流输电弱系统侧）装设同步调相机。
3）、使用带抽头或有载开关的变压器，通过调节电网某些点的电压来调节潮流。
4）、采用串联补偿电容器来改善受端电压，提高电网极限传输能力并增强系统的稳定性。
5）、用开关投切并联电抗器或电容器，以满足系统随时变化的无功功率需求量，达到调相调压的目的。
这几种措施和方法，有些因其固有的优点，迄今仍为人们采用着。
但是，许多方法明显存在着响应速度慢、调节性能差、运行维护和管理不便、长年运行损耗过大、自动监控跟踪性能差以及对整个电网的技术效益和经济效益都偏低等等缺陷。
现在，性能优良的SVC（静止型动态无功补偿器）正逐步替换这些陈旧的设备。
尤其在一些重要的场合，如大型钢厂，风力发电厂以及在大型复杂电网运行中有特殊要求的电站，SVC正获得越来越全面的应用。
下文根据几种SVC典型的用户类型和容量详细介绍SVC产品，并给出了推荐配置方案及组屏设计实现方案。
2 SVC系统及配置原则
静止无功补偿（SVC）系统主要由SVC控制装置、保护装置、阀控设备、水冷系统、TCR阀组、滤波器组、电抗器以及辅助设备等部分组成，具体包括：
PCS-9580SVC控制装置、各种容量及电压等级的PCS-KGDB-XXX/XXX系列阀组设备、ZD_PCS-9586系列的阀控设备、各种容量的LSFXX系列水冷设备、各种容量及电压等级的PCS-FCX-XX/XX系列滤波器装置以及RCS-963X系列滤波器保护装置、RCS-9647X系列电抗器保护装置等。
按照用户对SVC系统的要求进行选择，包括：
调节目标的要求、SVC母线电压等级、SVC容量要求、滤波效果要求等，SVC系统设备配置必须完全满足用户运行工况的需要；按照系统型谱进行选择，力求选择标准系统，如有不同，应使不同部分为最小。
PCS-9580SVC控制装置
包括以下几个方面的内容
1）关于系统冗余：
a. 对于电力系统和大型钢厂用户，建议冗余配置，即配置两套PCS-9580SVC控制装置。
b. 对于小型钢厂，也可根据费用情况，选择冗余配置或单配置。
2）关于供电电源：
冗余配置装置（每个装置）配置2路110V直流电源或2路220V直流电源；
单配置装置配置1路110V直流电源或1路220V直流电源；
PCS-KGDB-XXX/XXX系列阀组
包括以下几个方面的内容
1）关于电压等级：
根据SVC接入点母线电压等级来选择相应电压等级的阀组，如果用于110KV及以上电压等级的电站，需要增加变压器第三绕组（35KV），阀组最高电压等级为35KV。
2）关于可控硅选择
可选用双向可控硅的阀组，也可选用反并联的单向可控硅的阀组，成本也低；前者优点占地面积小，便于安装与维护；后者成本低。
下图一为35KV采用双向可控硅的阀组，其中（A）为正视图，（B）为左前侧图。
图二为10KV采用单向可控硅的阀组。
（A）为正视图（B）为左前侧图
图一35KV双向可控硅阀组
图二10KV单向可控硅的阀组
3）关于容量选择
根据系统设计，确定TCR的容量，从而选择相应容量的TCR阀组。
4）关于触发方式
触发方式采用先进的光电触发触发方式。
ZD_PCS-9586系列及CJ_NR1653D的阀控设备
晶闸管阀组的触发系统主要由两部分构成，一部分是位于控制室的阀基电子设备VBE即ZD_PCS-9586设备，另一部分是位于阀本体上的晶闸管控制单元TCU即CJ_NR1653D插件。
VBE的主要功能是将来自控制调节器的控制脉冲CP（ControlPulse）转换成点火脉冲FP（FiringPulse）光信号。
TCU的主要功能将VBE发出的触发脉冲光信号转换成脉冲电信号并触发晶闸管。
正常情况下，阀组带电后TCU获取能量，并在检测到晶闸管建立起正向电压时向VBE发出IP（IndicationPulse）光信号。
VBE接收到IP信号，同时收到来自控制系统的控制脉冲CP时，向TCU发出点火脉冲光信号（FP）。
这样就保证晶闸管只有在正向电压时触发。
VBE系统还集成了对晶闸管的监视功能，正常工作时，当VBE未收到某些来自TCU的IP信号时，表明有可能这些晶闸管的正向电压无法建立，或者晶闸管已经损坏，VBE会根据具体的情况提醒控制系统报警或者停运。
处于晶闸管阀上的TCU，除了正常触发功能外，还有过电压保护功能和反向恢复期间的保护功能。
前者在晶闸管承受过电压时，向晶闸管发出保护性触发脉冲，以保护晶闸管不被损坏；后者则在晶闸管反向恢复期间，针对电压变化率（dV/dt）和正向电压的数值进行必要的保护，免受晶闸管损坏。
具有这些功能的TCU，装在晶闸管阀组中，可以使晶闸管阀组完全满足标准IEC61954的相应要求。
根据SVC阀组的电压等级,配置TCU的个数,并选择相应的ZD_PCS-9586系列设备,如:
35KV阀组选择ZD_PCS-9586/35型设备。
10KV阀组则选择ZD_PCS-9586/10型设备。
LSF-XXX系列水冷系统
LSF-XXX系列水冷系统采用闭式水冷却循环系统。
其流量及功率选择应能够保证在各种工况下，晶闸管阀均能正常运行。
内循环冷却系统采用全密闭式，冷却介质为纯水＋乙二醇，能保证在最低温度下不出现结冻。
所有阀门、滤网、水泵及管道等金属部分均为不锈钢制品。
图三水处理系统监控界面图图四水处理系统实物图
PCS-FCX-XX/XX系列滤波器装置
根据系统设计及系统背景谐波的大小，决定配置滤波器的容量和次数，如果系统的背景谐波很小，配置时只考虑配置消除TCR运行产生的谐波即可。
PCS-L-XX/XX系列电抗器
根据系统设计和额定补偿容量来选择电抗器的电压和电流,从而配置电抗器的感抗值。
RCS-963X系列滤波器保护装置
在配置SVC系统时，如果是成套供货，则配置南瑞生产的RCS-963X系列滤波器保护装置。
用户也可以选择其它厂家的滤波器保护装值。
保护项目主要包括：
● 过电压保护；
● 低电压保护；
● 速断保护；
● 滤波器电容器不平衡保护
● 过流保护；
● 非电量保护；
● 独立操作回路。
RCS-9647X系列电抗器保护装置
在配置SVC系统时，如果是成套供货，则配置南瑞生产的RCS-9647X系列电抗器保护装置。
用户也可以选择其它厂家的电抗器保护装置。
保护项目主要包括：
● 比率差动保护；
● 差动速断保护；
● 过流保护；
● 过负荷保护；
● 非电量保护；
● 独立的操作回路。
3 推荐配置方案
电网应用
概述
一套完整的SVC系统，可以提供连续变化的适量的无功功率，其变化范围可以从感性一直到容性。
对于一些特殊的应用场合，其响应时间可以小到7ms。
因此，它在许多领域都获得了广泛地应用。
在长距离交流输电时，由于受到佛朗梯效应的影响，线路中间的电压会明显升高。
同时，从系统稳定性考虑，输送的能量也会受到限制。
所以，为了减少电压升高，并最大限度地提高线路输送能量，往往要考虑在输电线路的中点，或中间数点安装SVC。
另外，在直流输电换流阀的交流侧，如果系统相对较弱的话，将会有较多的无功需求。
过去，为了满足这样的需求，都是要安装调相机。
这样做既不经济，维护也相当麻烦。
而装设了适当的SVC之后，也完全可以满足要求，而且响应更迅速，维护更方便。
对于在大电网末端的弱系统，象偏远的小水电或者风力发电厂等，由于系统无法提供大量的无功功率，或者因为提供大量无功功率会造成严重地电压降落和线路损耗。
因此，最经济最理想的解决方案，就是在接入点安装SVC。
它不仅能够很好地将接入点的电压稳定在要求的范围内，还可以最大限度地避免电网故障对弱系统造成的不良冲击。
推荐配置方案
这里给出电网用35KVSVC系统的典型配置（冗余配置），仅供参考，具体的方案可以此为基础做针对性设计。
图31SVC系统配置图（冗余配置）
具体配置请见下表：
表31电网用35KVSVC系统典型配置表（冗余配置）
序号
设备名称
规格/型号
数量
备注
1
SVC控制装置
PCS-9580
2套
包括后台机
2
阀组
PCS-KGDB-XXX/35
3台（三相）
XXX—表示电流大小
3
水冷设备
LSF--XXX
1台
XXX—表示流量
4
VCU
ZD_PCS-9586/35
1台
5
TCU
CJ_NR1653D
120台
6
滤波器装置
PCS-FC5-XX/35
PCS-FC7-XX/35
1套
1套
不考虑背景谐波
7
电抗器
PCS-L-XX/35
3套
8
电容器保护装置
RCS-963X
2套
9
电抗器保护装置
RCS-9647X
1套
工业应用
概述
化工厂的电解电源或者钢厂的轧机，都因为容量较大，且使用了电力电子整流器，使得其工作时需要大量的无功。
虽然在电源方面采用了多重化和裂相技术，其工作时产生的谐波还是不能忽视。
同时，在电解的初期和轧机的咬钢期，都会出现较明显的无功波动，这种无功波动会直接导致系统电压的波动。
而这种电压波动，除了对周围用电设备造成影响以外，对其本身的工作质量也会造成不良影响。
安装SVC之后，就可以很好地解决上述问题。
使用交流电弧炉炼钢，会对电网产生较大的冲击。
由于电炉不断变化的铁磁特性，许多谐波电流注入电网，同时，由于炼钢初期工作的不对称，负序电流也明显出现了。
大量的无功需求和变化，造成了电压的波动和闪变。
这种工作电压的波动和明显降低，也使电弧炉本身的炼钢效率大大降低。
在目前的所有工业负荷中，电弧炉可能是对电网电能质量影响最大的。
安装SVC，可以达到另人相当满意的调节效果。
谐波被大部分滤除掉，电压波动被限制在规定的范围之内，电压闪变也几乎消失，并且还可以完全平衡系统三相有功电流。
推荐配置方案
这里给出工业用户用35KVSVC系统的典型配置（单配置），仅供参考，具体的方案可以此为基础做针对性设计。
图32SVC系统配置图（单配置）
具体配置请见下表：
表32工业用户用35KVSVC系统典型配置表（单配置）
序号
设备名称
规格/型号
数量
备注
1
SVC控制装置
PCS-9580
1套
包括后台机
2
阀组
PCS-KGDB-XXX/35
3台（三相）
XXX—表示电流大小
3
水冷设备
LSF--XXX
1台
XXX—表示流量
4
VCU
ZD_PCS-9586/35
1台
5
TCU
CJ_NR1653D
120台
6
滤波器装置
PCS-FC5-XX/35
PCS-FC7-XX/35
1套
1套
不考虑背景谐波
7
电抗器
PCS-L-XX/35
3套
8
电容器保护装置
RCS-963X
2套
9
电抗器保护装置
RCS-9647X
1套
[2008-02-18]
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