電抗器原理：電抗器靜止型高壓動態(tài)無功補(bǔ)償

      摘要：文章在對10kV母線的電壓起伏較為頻繁的緣由進(jìn)行深入探討的同時(shí)，研制了110kV電抗器靜止型高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，并在深入了解了母線加裝、并聯(lián)可控電抗器的基礎(chǔ)上，提出了Intel80C196KC單片機(jī)控制裝置和保護(hù)裝置的問題解決方案。

      關(guān)鍵詞：電抗器；充電功率；無功補(bǔ)償；變電站；電力系統(tǒng)

      目前，我國在無功補(bǔ)償方面還存在很多的缺點(diǎn)和問題，有關(guān)專業(yè)人士也為此專門研制出了多種類型的新型無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置。其中主要包括：晶閘管控制電抗器、可控硅投切電容器等類型的裝置。它們的性能也或多或少的有些差別。但是，筆者在研究這些新型的調(diào)節(jié)裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們的目的都是一樣的：穩(wěn)定電網(wǎng)；制成電網(wǎng)電壓；確保線路正常輸電；調(diào)節(jié)電壓；改進(jìn)無功潮流。這五種功能使得國家電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性得到了保證。但是，為了國家電網(wǎng)發(fā)展得更好，一定要保證連續(xù)可調(diào)無功功率能夠持續(xù)地提供。我們國家的各項(xiàng)政策也是從各個(gè)方面支持各個(gè)變電站裝備上無功補(bǔ)償裝置。
　　
      就我國的現(xiàn)狀來看，我們很少在110kV和以上的國家電網(wǎng)上有那種直掛式的無功補(bǔ)償裝置。我國多是采用低壓側(cè)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置來實(shí)現(xiàn)對這種類型電網(wǎng)的電壓、無功的控制。但是，如果是用這種方式，就使得補(bǔ)償?shù)男Ч�有所降低，并且也會使得損耗有所增加。除去這些因素，低側(cè)壓裝置本身價(jià)格高昂、體積龐大、安裝后的維修和檢測費(fèi)用高等缺點(diǎn)也使得這種裝置目前在我國的市場很小。基于上述的基本情況，這種裝置就更加不適合用在沒有人員看守的變電站了。
　　
      筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上分析了磁控電抗器的特性、工作原理，研制成功了新型的高壓并聯(lián)磁閥式電抗器的樣機(jī)。有關(guān)的控制性裝置也得到了開發(fā)，還認(rèn)真分析了現(xiàn)場的運(yùn)行情況。
　　
      1磁控電抗器的工作原理及特性
　　1.1　工作原理
　　目前我國的磁控電抗器主要是三相融為一體的結(jié)構(gòu)模式，兩個(gè)工作鐵心在每個(gè)相內(nèi)都會有配置，直流的控制繞組以及交流的主繞組在每個(gè)工作鐵心上都纏繞著。在同一個(gè)相中的這兩個(gè)工作鐵心柱的交流的主繞組在進(jìn)行并聯(lián)后還可以接到大的電網(wǎng)上去。
　　
      1.2　特性
　　1.2.1 諧波特性
　　如果出現(xiàn)額定的飽和度達(dá)到2π的情況，那么在電抗器的容量調(diào)節(jié)范圍中，和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電波值相比，3、5、7次諧波電流從電抗器注入到電網(wǎng)中的幅值要小很多。通過我們的仔細(xì)分析，得出了這樣的結(jié)論：它們分別必須在6.46%、2.31%、1.35%的范圍內(nèi)。因?yàn)槊看蔚淖畲笾C波值是不會相交的，所以，我們能夠得出的電流波變?yōu)榛�形的可能性也會更小�?BR>　　1.2.2　可控性
　　圖1中顯示的是：磁控電抗器輸出的基波電流的標(biāo)么值I1和控制電壓的標(biāo)度值Uk（基準(zhǔn)值為額定直流控制電壓）之間的關(guān)系曲線。從圖中我們可以看出，控制特性的曲線是一種非線性的關(guān)系。
　　
　　1.3　變電站動態(tài)無功補(bǔ)償原理分析
　　為了能夠穩(wěn)定變電站內(nèi)的電壓，對潮流界面的交換無功進(jìn)行限制，我國的大部分變電站內(nèi)部都配置了110kV磁控電抗器。安裝了110kV的磁控電抗器，就等于是給系統(tǒng)注入了一個(gè)相比較而言非常靈活的電流源，而這個(gè)電流源我們一般會稱之為感性電流源。在這個(gè)裝置中，感性電流源的大小和等效電源內(nèi)阻的壓降的大小成正比關(guān)系，而接入點(diǎn)的電壓則和它成反比關(guān)系。這就充分地說明了系統(tǒng)電壓是會受到電抗器的電流影響的。
　　
      在負(fù)荷條件下，我們可以參照系統(tǒng)的無功、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得的具體數(shù)據(jù)、是否有調(diào)整電壓的需求等情況，來有效地、協(xié)調(diào)地控制電容組、變壓器的分接頭和MCR。而且這種裝置可以采集到電流信號和系統(tǒng)的電壓的實(shí)際數(shù)據(jù)情況，并且可以用信號處理傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的控制器中，系統(tǒng)可以以此來計(jì)算有功及無功功率。還可以依照檢查的數(shù)據(jù)大小，使得系統(tǒng)和MCR之間做到科學(xué)的協(xié)調(diào)。而經(jīng)過科學(xué)計(jì)算，控制信號會經(jīng)由變壓器直接傳送。這種控制信號在到達(dá)現(xiàn)場之后，可以實(shí)現(xiàn)對MCR、電容器、變壓器接頭的有效控制，并且最終使得合理調(diào)節(jié)無功投入能夠?qū)崿F(xiàn)。
　　
      2　仿真技術(shù)
　　筆者為了證明這種類型的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)在無功的電壓控制中是完全有效地，組建了一個(gè)變電站的仿真模型，在進(jìn)行仿真試驗(yàn)的過程中，我們使用了負(fù)載變化的方法來模擬公共的連接點(diǎn)在無功電壓狀態(tài)下的波動情況，并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對電抗器的使用做了仿真性的分析。
　　　
　　通過試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)在這之前的負(fù)荷波動，使得電壓波動遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超出了電壓的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，處在1.00s時(shí)就會自動地切換負(fù)荷，在2.00s的時(shí)候就會恢復(fù)，而在1.00～2.00s之間時(shí)就會出現(xiàn)電壓忽然升高，增長的幅度有時(shí)能夠達(dá)到3.5%；在安裝之后，因?yàn)?STRONG>電抗器有實(shí)時(shí)的補(bǔ)償作用，這樣就會很明顯地降低電壓，并且這個(gè)時(shí)候它的響應(yīng)時(shí)間也會變得更短，在過渡過程中，我們能夠把電壓降到標(biāo)準(zhǔn)水平。仿真技術(shù)試驗(yàn)的結(jié)果告訴我們，系統(tǒng)能夠控制電壓的變化并迅速地補(bǔ)償無功等的優(yōu)點(diǎn)，這就能夠滿足變電站在無功電壓控制方面的需要。
　　
      3　結(jié)語
　　筆者通過對磁控電抗器運(yùn)行一個(gè)月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，這種裝置完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求，來保證整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、順利的運(yùn)行。同時(shí)，筆者也得出了這樣的結(jié)論：磁控電抗器可以保證系統(tǒng)有一個(gè)有效地?zé)o功電壓的支持，這就能夠保證各個(gè)點(diǎn)的電壓的穩(wěn)定。同時(shí)，我們使用的控制策略非常合理且應(yīng)用的軟件也容易修改，非常靈活方便。