_50Mvar静止同步补偿器的现场试验

华东电力

EastChinaElectricPower

Vol.35　No.1Jan.　2007

±50Mvar静止同步补偿器的现场试验

郑东润,乔卫东,刘文华,宋　强

1

1

2

2

(1.上海市超高压公司,上海　200063;2.清华大学,北京　100084)

摘　要:介绍集成门极换相晶闸管链式逆变器的±50Mvar静止同步补偿器(STATCOM)的构成、装置在投运前所进行的各种试验及其结果,包括启动与并网试验、开环控制试验、闭环控制试验、电容器联投试验及72h负载试验。

关键词:静止同步补偿器;链式逆变器;无功功率控制作者简介:郑东润(19702),男,从事高压输配电技术及管理工作。中图分类号:TM834　　文献标识码:B　　文章编号:100129529(2007)0120047204

Fieldtestsof±500MvarSTATCOM

ZHENGDong2run,QIAOWei2dong,LIUWen2hua,SONGQiang

1

1

2

2

(1.ShanghaiExtraHighVoltagePowerTransmissionCompany,Shanghai200063,China;

2.TsinghuaUniv.,Beijing100084,China)

Abstract:Thestructureofthe±500MvarSTATCOMusingtheIGCT2basedcascadeinverterisrecommended,aswellastestsconformedbeforethedeviceisputintooperation.Thetestsincludestart2upandinterconnectiontests,open2loopandclosed2loopcontroltests,linkedswitchingtestofcapacitors,and722hourscontinuousservicetest.Thetestresultsaregiven.

Keywords:STATCOM;chain2circuitinverter;reactivepowercontrol

　　静止无功补偿器(以下简称为STATCOM)可

采用变压器隔离多电平逆变器,也可采用链式逆变器。链式STATCOM具有无需多重化接入变压器、占地面积小、效率高、可分相控制及可实现冗

[1]

余运行等系列优点,并已得到工程实践的证明。(1)在系统故障时迅速提供动态电压支撑,

减少低压释放负荷数量;(2)在系统故障及突增负荷时,动态地提供电压支撑,防止发生暂态电压崩溃;(3)结合35kV母线4组电容器的综合投切控制,保证35kV母线电压的稳定。

为了使±50MvarSTATCOM装置达到较高的技术及性能指标,装置采用了基于IGCT(集成

议采用开关柜来代替目前陈旧的装配式设备。全面升级自动化系统。

今后采用的240MVA主变建议采用分体自冷式,在本期新建的主变室内布置,以减少噪声对附近居民的影响,达到更高的环保标准。

通过老站改造,采用新设备,新技术,提高变电站的科技水平。

运行中的薄弱环节。

随着上海电力的飞速发展,这些老变电站在市区布局位置合理,占地面积大,是一笔巨大的财富。如同220kV港口站一样,只要经过认真改造,采用新技术、新设备,利用原有充沛的场地,可以不停电改建成较大容量的新站,使其功能得到飞跃发展。上海电力设计院做了多项改扩建工程设计,使更多的老站通过改造,换新貌,不仅进一步加强了城市中心电网的结构和安全。而且可以节约上海昂贵的土地资源,与周边环境更协调。

收稿日期:2006211201本文编辑:王志胜

4　结语

至2006年上海共运行中的220kV变电站有70多座,其中仍有不少是老站,中型布置居多、设

备陈旧、占地面积大、故障几率高,是超高压公司

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门极换相晶闸管)器件的链式逆变器主电路方案,并在PWM控制策略、直流电压平衡控制策略及动态无功控制策略等关键技术上都采用了自主创新性的技术方案

[225]

压发生的能力,检查装置输出电压不对称度是否满足技术指标要求,检查链节相关的控制、保护、监测和电源信号。

装置空载电压发生过程中对直流电容器充电、脉冲解锁、屏柜显示均正常,不对称度符合要求。

在操作屏上调节10kV阀侧电压与系统侧电压压差在±0.3kV以内,同时在监测屏检查两侧电压相序相同,相位角差≯±1°,在监测屏显示符合并网条件后,将10kV开关合闸,装置成功并入电网运行,对电网冲击电流<0.1kA。启动电源屏、操作屏、控制屏和监测屏工作信号均正常。

用STATCOM输出20Mvar无功潮流将相关保护进行带负荷校验。由STATCOM发-23Mvar感性无功,对下述保护的电流回路极性、向量校验正确:14号主变保护差动保护,STATCOM主变差动保护、差动速断、差流越限和后备保护、STAT2COM装置阀过电流保护、阀过电压保护和阀欠电

。

1　±50MvarSTATCOM构成及技术指标

图1为±50MvarSTATCOM的系统接线图。装置分装在阀厅、10kV开关室、控制室及水冷室,并通过光纤和集控室监控计算机通信,接受集中的运行调度和监测。逆变器采用链式逆变结构,每相逆变器中有1个链节为冗余运行单元。每相逆变器两端并接1台氧化锌避雷器,用于对逆变器进行瞬态过电压保护。装置设计技术指标:(1)额定工作电压10kV;(2)额定容量50MVA;

(3)输出无功可在-50+50Mvar范围连续

变化;

(4)无功功率响应的时间<40ms;(5)输出电压(并网前)的总谐波畸变率<5%;(6)输出电压(并网后)的总谐波畸变率<3%;

(7)输出电流总谐波畸变率<3%;(8)效率>98.7%;(9)装置年可用率>92%。

压保护。

3　开环控制试验

通过在就地控制屏手动调节控制角,检验STATCOM装置在开环调节方式下的无功发生能

力,以及对系统的影响。

采用开环调节方式,先发感性无功。感性无功逐步调整到-33Mvar,此时链节输出电流达113kA,10kV电压约8kV。

2　启动及并网试验

装置在与馈入电网断开的条件下,先自行从零升压到10kV额定电压,同时检验装置空载电

然后采用开环调节方式,发容性无功;逐步调整到43Mvar,此时链节输出电流达1.373kA,瞬

图1　±50MvarSTATCOM装置构成及主接线图

郑东润,等　±50Mvar静止同步补偿器的现场试验49(总49)

时最大到47Mvar。

试验结果表明:

(1)开环调节方式下STATCOM具备连续无功发生能力,无功范围-3343Mvar。

(2)开环调节方式下控制角受到装置内特性的影响,容性和感性工况下控制角调节不对称,但开环调节方式是调试手段,不向运行人员开放,因此不影响STATCOM正常的运行方式。

(3)开环调节方式下STATCOM发生的无功功率有一定的波动,波动幅值大约34Mvar,系统电压处于稳定状态,没有发现因投入STATCOM而产生的特殊方式的振荡。

况下有升降变化,STATCOM实际连续输出无功范围为-36+50Mvar。

2)恒无功调节下的STATCOM动态指标:

容性050Mvar阶跃,响应时间≤30ms,超调≤6Mvar,静差-3Mvar。

感性0-36Mvar阶跃,响应时间≤30ms,超调≤3Mvar,静差-0.2Mvar。-2020Mvar阶跃,响应时间≤30ms,超调≤5Mvar,静差-3Mvar。2020Mvar阶跃,响应时间≤30ms,超调≤3Mvar,静差0Mvar。

3)STATCOM的无功输出对10kV电压影响

4　闭环控制试验(1)闭环恒无功运行试验最大,其次是14号主变35kV电压,对220kV电压的影响可以忽略不计。STATCOM输出从0+

50(-36)Mvar变化,14号主变35kV电压变化约在-2.9%3.6%之间。STATCOM输出从0±20Mvar变化,静发变10kV电压变化-13.8%12.7%之

启动STATCOM,检查空载电压发生正常。又依次设置功率为0、-2.5、-5、-7.5Mvar,发现链节电流不平衡,换用开环调节方式,链节电流平衡,再回到恒功率方式,设置功率为-5Mvar,调整控制环节的参数,将电流调节接**衡,设置功率为-7.5Mvar,稳定510min后10kV开关跳闸。将阀改检修状态,检查阀体无异常,发现B09、C05、A03链节监控板报脉冲丢失故障。进

间。

表1为容性50Mvar无功工况(阀无功电流为1.53kA,10kV母线电压为11.23kV)时各链节的直流电压平均值,A相各链节总平均直流电压为1.6214kV,B相各链节总平均直流电压为1.6377kV,C相各链节总平均直流电压为1.612kV,最大不平衡度为3.87%。表2为感性36Mvar无功工况(阀无功电流为1.67kA,10kV母

一步分析链节电流波形,发现触发脉冲频率>150Hz,因此链节封脉冲,链节被旁路。

分析结果是:因为闭环控制后相位角的快速变化可能导致触发存储的PWM波形时出现多次开关。因此对控制器相位角输出增加了一个10ms时间常数的一阶惯性环节以减小相位角的变

线电压为7.86kV)时各链节的直流电压平均值,A相各链节总平均直流电压为1.0076kV,B相各

链节总平均直流电压为1.0143kV,C相各链节总平均直流电压为1.0083kV,链节间最大不平衡度为8.79%。表1和2中的数值都来自监测系统采集的链节直流电压每20ms的平均值。由于各链节间脉冲在循环交换(每20ms交换1次),因此直流电压的波动部分也在每20ms变化1次(与脉冲波形有关),导致不平衡度较大。数字仿

V

Ud8

Ud9

Ud10

Ud5

Ud6

Ud7

化速度对脉冲发生的影响。之后装置可以在全部工况范围内连续稳定运行。

试验结果如下。

1)恒无功调节方式下STATCOM能输出额定电流1.67kA,由于10kV电压在容性和感性工

直流电压A相B相C相

Ud1

Ud2

Ud3

Ud4

表1　额定容性工况时各链节的直流电压平均值(每20ms)

1588.41592.01615.6

1616.61625.31620.1

1649.01617.21604.4

1587.51629.11581.4

1594.61658.01622.5

1684.11669.51584.6

1659.31631.21619.1

1630.61660.71617.9

1625.11634.41617.9

1578.31659.71636.5

表2　额定感性工况时各链节的直流电压平均值(每20ms)

直流电压

A相B相C相

Ud1

Ud2

Ud3

Ud4

Ud5

Ud6

Ud7

Ud8

Ud9

Ud10

V

1052.31043.61025.4

919.01020.7964.0

988.61073.91016.6

1022.4986.01002.7

1047.2970.91038.4

1038.1999.6988.7

1027.31092.81052.0

979.4958.31009.1

990.51010.11012.0

1011.6987.2973.8

50(总50)

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2007,35(1)

真结果表明,依据每200ms数据计算的平均值得到的不平衡度<3%。

(2)闭环恒电压运行试验

在STATCOM电压稳定控制方式下,参考电压设定值从230248kV变化,无功从-12.333.2Mvar变化,两者基本呈线性关系,斜率为2153Mvar/kV。

024h　日间(8:00至20:00)STATCOM设定为容性无功+20Mvar,夜间(20:00至次日8:00)STATCOM设定为感性无功-20Mvar。

2472h　日间(8:00至20:00)STATCOM设

定为容性无功+30Mvar,夜间(20:00至次日8:00)STATCOM设定为感性无功-30Mvar。在72h运行试验后,再进行额定感性无功输出运行试验1h和额定容性无功输出运行试验1h。每次工况从容性调为感性或从感性调为容性,需先将STATCOM无功降至0Mvar(即输入电流为0A),然后投入(容性调至感性)或切除35kV(感性调至容性)2号电容器组,最后将STATCOM

试验结果表明:1)STATCOM电压稳定控制方式正常,参考电压设定值从230248kV变化,无功从-12.333.2Mvar变化,两者基本呈线性关系,斜率为2.53Mvar/kV。2)STATCOM具备一定的电压支撑能力,动态响应时间短。参考电压为230kV,当出现电压突降需要满发无功时,STATCOM可在40ms内从感性-12.3Mvar增至容性46.6Mvar,使220kV侧电压由229kV上升到231kV,35kV电压由35.5kV上升到37.1kV,对系统电压起到支撑作用。当电压恢复后,STAT2COM可在20ms内由46.6Mvar降为-9Mvar,以稳定系统电压。220kV侧电压由231kV下降到230kV,35kV电压由37.1kV下降到35.9kV。

输出无功调至要求值。试验结果表明:在连续的72h运行及2h满载运行过程中,装置未出现异常报警,主电路单元、控制与保护单元、检测与故障诊断单元及冷却系统都无异常现象发生,水冷系统电机、水泵、风机热交换器等主要部件都无异常现象发生,主水无泄漏,水温都在设计范围之内。

6　结论

±50MvarSTATCOM装置投运前顺利通过了启动并网试验、开环控制试验、闭环控制试验、电容器联合投切控制试验及72h连续运行试验,试验结果都达到了设计要求,试验结果表明装置具有可分相运行能力、可冗余运行、占地面积小、效率高、无功输出响应速度快、总体可靠性高等特点。±50MvarSTATCOM装置完全按工业产品设计、制造和试验,其成功研制为大容量动态无功补偿设备提供了一种全新的选择。

参考文献:

[1]

HansonDJ,WoodhouseML,HorwillC,etal.STATCOM:aNewEraofReactiveCompensation[J].PowerEngineeringJournal,Vol16Issue3,June2002:1512160.

[2][3]

5　其他试验

(1)35kV电容器联动投切试验

检查西郊站35kV电容器联动功能是否正

常,一方面,STATCOM控制系统可以根据35kV的电压情况对站内的4组电容器进行自动投切,另一方面,STATCOM控制系统可以根据发出容性无功的实际情况,尽可能投入电容器而少发容性无功,该功能在一定的系统工况下增加了STAT2COM动态无功的储备能力。

每当PLC程序判断应增加投入一组或增加切除一组电容器后(无论是否有符合条件的电容器组可以投入或切除),都将进入125s(约2min)的动作闭锁时间。在这段闭锁时间内,将不再进行投切逻辑判断,也不会有电容器组投切动作发生。

(2)72h连续运行试验将STATCOM并网,采用恒无功控制方式连续运行,水冷系统主水流量、水质、温度保持在安全值内,监测链节电流和电压、水冷系统进水和回水温度、冷却水流量、阀厅温度等,记录报警情况。各监测量的记录间隔为2h,报警量立即记录,遇到工况改变,增加记录1次。

记录内容为:

耿俊成,刘文华,俞旭峰,等.链式STATCOM的数学模型

[J].中国电机工程学报,2003,23(6):66270.

刘文华,宋　强,滕乐天,等.基于链式逆变器的50MVA

STATCOM的直流电压平衡控制[J].中国电机工程学报,2004,24(4):1452150.

[4]魏文辉,刘文华,宋　强,等.基于逆系统方法有功2无功解耦PWM控制的链式STATCOM动态控制策略研究[J].中国电机工程学报,2005,25(3):23228.

[5]刘文华,宋　强.50MVA静止同步补偿器链节的等价试验[J].中国电机工程学报,2006,26(12):73278.

收稿日期:2006212207本文编辑:邵振华