MSVC技术原理及应用

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1、MSVC 静止型无功补偿装置原理及在煤矿具有自备电场复杂电力系统情况下的应用摘要：该文介绍了 MSVC (MCR型SVC)的基本原理和应用举例，对无功补偿技术 与谐波治理的发展方向做了展望和探讨。关键词： MCR SVC 无功补偿 谐波 电力应用1前言电力系统电压、无功、谐波三大指标对全网经济效益和改善供电质量至关重 要。根据电力工业的现状和发展，新型无功补偿装置的研制和应用是我国电网系 统解决电能质量的重大关键技术课题。目前，无功补偿主要装置是电容器、电抗器和少量的动态无功补偿装置,其 技术存在明显不足之处:如开关(断路器)投切电容器组的调节方式是离散的， 不能取得理想的补偿效果;开关投切电

2、容所造成的涌流和过电压对系统和设备本 身都十分有害。本文主要介绍的磁阀式可控电抗器(MCR)型SVC，具有输出谐波小、结构简单、 可靠性高、价格低廉、占地面积小、免维护等显著优点，是高压和超高压电网理想 的动态无功补偿、电压调节、谐波治理设备。它由磁阀式可控电抗器、控制器、电 容器(C)或滤波器(FC)、晶闸管阀柜构成，下面集中对MCR作简介。LEI挖帚游1图1为MCR型电压无功自动跟踪补偿装置（SVC）总系统图2、磁阀式可控电抗器工作原理无功补偿设备采用直流助磁式可控电抗器，其原理是利用附加直流励磁磁化 铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静态结构，无运动 部件，工作可靠性

3、高。图 2 为单相可控电抗器的铁心、线圈结构示意图。图 2 单相可控电抗器铁心、线圈示意图可控电抗器采用小截面铁心和极限磁饱和技术，如图四柱铁心结构，在中间 两工作铁心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，仅有小 截面段铁心磁路工作在饱和区，而大截面段始终工作于未饱和线性区，其上套有 线圈。如图3所示，电抗器中间两工作铁心分别有小截面A段，在整个工作过S程中，大截面A铁心段始终不饱和，仅小截面A段饱和，且饱和的程度很高。S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，同时地绕有匝数为

4、n/2的两个线圈，其上有抽头比为5. n / N的抽头，它们之间接有 2可控硅T、T，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 12接在两个线圈的中间。CX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T、T两端感应出1%左右电源电12压的电压。电源电压正半周触发导通可控硅T，形成图6(a)所示的等效电路，1其中N =N-N，在回路中产生直流控制电流i，和；电源电压负半周期触发导1 2 k k通可控硅T，形成图6(b)所示的等效电路，在回路中形成直流控制电流i，和厂，。2 k k一个工频周期轮流导通T和了，产生的直流控制电流i 和i “，使电抗器工作铁心1 2

5、 k k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a，a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。NN22a) T 导通(b)T 导通12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。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

6、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。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。形点4特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:程波（下几几的水平上，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，

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、立井降压站项目。91 系统概况：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：三相无功-变化曲线功率因数-变化曲线起始时间:08-23 14:42结束时间:08-24 14:37 间隔：1分钟0.000.200.400.600.801.00-0.80-0.60-0.40-0.20 -0.谐波频谱:la - 2. 939A 训AXlb - 2. 903A 0AX)Ic - 3. 365A (JflAX)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。92 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