DSTATCOM在电网中的应用

技术与应用DSTATCOM在电网中的应用信珂1周志勇1李旷2(1山东电力工程咨询院,济南250013;2荣信电力电子股价有限公司,辽宁鞍山114051)摘要根据传统电网所采用的并联电容器组无功补偿方式及自动投切方式的诸多弊端,提出一种对已有并联电容器补偿装置的变电站进行智能化改造的最优方案.通过电网220kV某变电站电网负荷对系统电压影响的研究,确定 DSTATCOM(配电网静止同岁补偿装置)无功补偿容量,并设计综合控制策略控制并联电容器组的自动投切,实现无功补偿容量的柔性输出,从而有效保证系统电压的稳定关键词:变电站;智能化; DSTATCOM;自动投切;无功柔性输出pplication of dSTATCOM in North China Power gridXin Ke Zhou Zhiyong Li Kuang1Shangdong Electric Power Project Engineering Consulting Institute, Jinan 250013;2. Rongxin Power Electronic Co, Ltd Anshan, Liaoning 114051)Abstract As many problems of traditional reactive power compensation, the best intelligentreform has been proposed for capacitor compensated substation. By the study of a substation powerload effect on the system voltage, DSTATCOM(Distribution Static Synchronous Compensator)capability is determined. Control strategy is designed for shunt capacitor banks automatic controlswitching to achieve flexible reactive power output, thus ensuring system voltage stabilityKey words: substation; intelligent: DSTATCOM: automatic switching: flexible reactive power output“十二五”期间,伴随复杂电网负荷的迅猛增 DSTATCOM的综合控制方法,解决 DSTATCOM与长,电力系统的安全可靠供电受到了极大的考验。投切电容器的配合使用问题,并详细分析了项目投充足的系统无功功率是电网电压稳定的有效保运后的经济效益。障。目前电网中变电站多采用并联电容器组进行无功补偿,该方式主要存在以下问题:容量固定,按1项目情况简介照季度电压曲线调控时易出现系统无功不足的情下面以电网一个220kV变电站供电情况举例。况;电容器调节母线电压阶梯式变化,电压波动较3台180MVA变压器并列运行,10kV母线原有4大,不能实现连续调节且响应慢;目前并联电容器组并联电容器组,单组补偿容量均为80l6kvar,但的自动投切主要通过VQC、综自软vQC、AVC并只能实现分级补偿,不能根据母线实际需要补偿容调节主变分接头的方式实现,此点与变压器重载运量进行准确动态补偿。行的要求相悖,因而运行效果不理想通过对变电站供电情况的研究,考虑采用为解决上述问题,需要利用 DSTATCOM( Distributed DSTATCOM控制投切并联电容器组的动态无功补Static Synchronous Compensator,配电网静止同步补偿方案偿装置)自发动态感性、容性无功的特性,并通过由于单组并联电容器容量约为8Mvar,因而设其对系统中原有的并联电容器组的自动投切控制计 DSTATCOM容量亦为8Mvar。系统无功补偿范实现无功容量的柔性输出,满足系统电压的精确控围是+8M中国煤化工) DSTATCOM制。本文结合电网的应用实例,提出了一种与并联电CNMHG1所示。32电气蔹术2011年第7期技术与应用表1无功补偿装置配合工作方式为了提高系统的稳定性,在电压在允许范围时补偿范围^ Mvar DSTATCOM工作状态并联电容器组工作状态可以将 DSTATCOM一部分无功进行储备。当系统+8至0发感性无功并联电容器不投0至8发容性无功发生扰动(或发生故障)导致系统电压极低时,并联电容器不投-8至-16发容性无功投一组并联电容器DSTATCOM迅速释放储备的无功,以支撑系统电16至24发容性无功投两组并联电容器压。由于无功储备的过程时间几十秒或数min,所24至32发容性无功投三组并联电容器以它不会影响主控制,只是作为主控制的一个辅助32至-40发容性无功投四组并联电容器控制。出于成本考虑,选择小容量 DSTATCOM(例如22 DSTATCOM的联合控制策略4Mvar)时,虽然同样可以实现动态连续补偿,但1)总体控制策略描述加并联电容器组总无功补偿容量只有36Mvar,如果该地区电压波动较为频繁,且 DSTATCOM容有一组电容器出现故障时,可能会出现补偿容量不量相对于10kⅴ侧短路容量较小,需配合站内4组足的情况:另一方面,采用4Mvar容量,电容器组电容器使用。因此,正常运行时, DSTATCOM以电的投切要比采用8Mvar方案更频繁一些,对电容器压控制为主,控制目标为10kV侧母线电压,无功组开关的要求更高,也不利于系统稳定。储备控制可退出。当系统出现扰动时, DSTATCOM此外, DSTATCOM采用8Mvar容量配置,虽迅速响应,快速稳定系统电压。 DSTATCOM的控制然一次投资相对较多,但由于无功储备量足,系统模式可分为平峰运行模式和高峰运行模式两种。电压应变能力更强,且有足够的容量进行滤波。另(1)平峰运行模式方面,由于电压等级相同,每相功率单元串连数在平峰运行模式下,母线电压的参考值设为-样,小容量 DSTATCOM占地方面不具优势。因110kV。初始运行时, DSTATCOM投入,电容器全此,综合以上几方面的考虑,最终确定 DSTATCOM部退出。定电压、过电压、低电压、二次侧过电压、的容量为8Mvar过流控制全部起动2 DSTATCOM的综合控制策略当 DSTATCOM检测到输出达到+&Mvar时,母线电压低于110kV,并持续超过lmin,同时10kvDST^TCOM控制策略的研究主要包含两个方母线电压低于109kV,则低电压控制动作,面:一是针对变电站电网的实际情况,研究 DSTATCOM判断4组并联电容器开关的位置。如此DSTATCOM的电网控制策略:二是针对变电站电网时电容器支路开关均为断开,则投入一组电容器,的实际情况,确定 DSTATCOM配合自动投切电容经过5min后,如电压仍低于110kV,且10kV母线器组动作的联合控制策略。电压低于109kV,则继续投入一组电容器,依此类21 DSTATCOM的电网控制策略推,直到所有并联电容器均投入运行为止。电容器由于该地区钢铁、冶炼型企业众多,冲击性负组的投入顺序为12%组,12%组,6%组,6%荷严重影响了110kV侧母线电压的稳定,因此组。DSTATCOM接入的主要目标是稳定110kV侧的母反之,当检测到 DSTATCOM输出达到一8Mvar线电压。时,同时母线电压高于116kV,并持续超过lmin,1)主控制策略——电压控制则高电压控制动作, DSTATCOM判断4组并联电容在电压控制模式下, DSTATCOM以维持装置端器开关的位置。如此时有并联电容器支路投入,则口电压为控制目标,同时在动态过程中提高系统暂向该组电容器发出跳闸命令。如果发出第一组跳闸稳极限、静稳极限及增强系统阻尼。该方法主要通命令3min后,110kV母线电压仍高于116v,则发过电压调节器实现控制功能。将端口电压采样值与出第二组电容器跳闸命令,依此类推,直到所有井参考值相比较,通过电流闭环控制,发出(吸收)联电容器均退出运行为止。电容器组的退出顺序为系统所需的无功电流值。当系统电压较高时,装置6%-组,6%组,12%组,12%组。输出感性无功;当电压较低时,输出容性无功,维同时,若背刊1mV丹线由压意于10.9kV,二持系统电压稳定。控制中使用逆系统PI控制方法,次侧过电压中国煤化工投入命令均停有效提高了装置的响应速度止。则二次CNMHG逻辑是,当母2)辅助控制策略——无功储备控制2011年第7期电气术33技术与应用线电压持续高于109kV时,而且此时 DSTATCOM联电容器均退出运行为止。电容器组的退出顺序为输出已达最大感性电流,则控制器判断各并联电容6%一组,6%-组,12%-组,12%组。器的断路器开关状态,如果此时有投入的并联电容(3)运行模式切换器,则向该组电容器发出跳闸命令。如果发出第DSTATCOM平峰运行模式和高峰运行模式的组跳闸命令后5min后,二次侧电压仍高于109V,切换可以为自动切换也可为人工切换则发出第二组电容器跳闸命令,依此类推,直到所自动切换。根据从该变电站的运行数据,上午有并联电容器均退出运行。电容器组的退出顺序为7点~9点和19点~21点为高峰运行,控制器在这6%-组,6%一组,12%组,12%一组。两个时段自动转入高峰模式运行,其他时段转入平(2)高峰运行模式峰模式运行。在高峰时,为了最大程度的保障负荷的安全稳人工切换。即运行人员可根据实际需要对定运行,同时降低电网运行损耗,母线电压的设定 DSTATCOM控制器控制面板上的控制模式进行选值定为115kⅴ。初始运行时, DSTATCOM投入,并择联电容器组全部退出运行。定电压控制起动,过电2)并联电容器组投切压控制起动,低电压控制起动,二次侧过电压控制正常运行时,即电容器组及对应开关均正常工起动, DSTATCOM过流控制起动。作,电容器组的投切顺序如下:若检测到 DSTATCOM输出达到+8Mvar,同时电容器组的投入顺序为12%一组,12%一组母线电压低于ll5kV,并持续超过1min,同时10kV6%一组,6%-组。即投入时,必须先投12%的电母线电压低于10.9kV,则低电压控制动作容器组,再投6%的电容器组。如果检测到此时有DSTATCOM判断4组并联电容器开关的位置。若此且仅有一组12%的电容器组在线,则再投时仍投时所有电容器支路开关均为断开,则投入一组电容12%的电容器组。如果枪测到两组12%的电容器组器,经过5min后,如电压仍低于115kV,且10kV在线,则继续投入时,投入6%电容器组。母线电压低于10.%kV,则继续投入一组电容器。依电容器组的退出顺序为6%一组,6%一组,12%此类推,直到所有并联电容器均投入运行为止。电组,12%组。即退出时,必须先退6%的电容器容器组的投入顺序为12%一组,12%组,6%组,组,再退12%的电容器组。如果检测到此时只有两6%一组组12%的电容器组在线,则退出一组12%的电容器反之,若检测到 DSTATCOM输出达到一组。如果检测到此时有且仅有一组12%的电容器组8Mvar,同时母线电压高于115kV,并持续超过30s,在线,则继续退出时,退出该组12%电容器组。则高电压控制动作, DSTATCOM判断4组并联电容在投入的过程中,如果断路器返回的开关状态器开关的位置。如此时有并联电容器支路投入,则与控制逻辑不符合,或电容器工作状态异常,则控向该组电容器发出跳闸命令。如果发出第一组跳闸制器认为该支路出现故障,控制器发出报警信号命令后3min后,1l0kⅤ母线电压仍高于l15kV,则同时将该组电容器的控制从控制器的投入控制逻辑发出第二组电容器跳闸命令。依此类推,直到所有中移除并联电容器均退出运行为止。电容器组的退出顺序在退出的过程中,如果断路器返回的开关状态为6%一组,6%一组,12%组,12%组与控制逻辑不符合,或电容器工作状态异常,则控同时,若发现10k母线电压高于10.9kV,二制器认为该攴路出现故障,控制器发出报警信号次侧过电压控制起动,所有电容器的投入命令均停同时将该组电容器的控制从控制器的退出控制逻辑止。二次侧过电压控制的具体工作逻辑是,当母线中移除。电压持续高于109kV,而且此时 DSTATCOM输出电容器组在接到一个退出控制逻辑命令后,12h已达最大感性电流,则控制器判断各并联电容器的内不再向该电容器组发出投入命令断路器开关状态,若此时有投入的并联电容器,则3经济效益分析向该组电容器发出跳闸命令,如果发出第一组跳闸命令后5min后,二次侧电压仍高于109kV,则发根据中国煤化工测方法》等国家出第二组电容器跳闸命令。依此类推,直到所有并规定,采CNMH功补偿装置的节34电气技术2011年第7期技术与应用能效益。在系统中每投入1kvar的无功功率,在发电站中。本文提出了一种可配合无源补偿装置使用的电厂的直配电路中节约有功功率为002-004kWDSTATCOM综合控制方法,并成功应用于电网某变在二级变压供电时节约有功功率为005-007kW,电站无功补偿装置中。 DSTATCOM在电网变电站中在三级变压供电时节约有功功率为008-009kW的应用,可大大降低电网损耗,加快传统变电站的智静态无功补偿装置基波总补偿容量为8Mvar,能化改造进程,对未来智能电网的建设具有重要意年平均工作容量按80%计算,按每月有效供电30天义。计算,单位无功量节约有功功率取最小值005kW,参考文献则系统年节约有功功率为P=8000×0.8×0.05×24×30×12=27648万kWh[]勒龙章丁毓山.电网无功补偿使用技术[M]中国静态无功补偿装置自身的损耗为其工作容量的水利水电出版社,99705%0.8%,静态无功补偿装置基波总补偿容量为8[2]刘文华刘炳王志泳等基于IGBT三相逆变器的研Mvar,年平均工作容量按80%计算,按每月有效供究[电力系统自动化,2002电30天计算,静态无功补偿装置自身的损耗取最大3]王兆安杨君刘建军等.谐波抑制和无功功率补偿值为0.89%,则静态无功补偿装置年损耗有功功率为[M]机械工业出版社,200510P=8000×08×0008×24×30×12=4424万kWh[4]詹厚剑吴杰康康海兵.静止同步补偿器的开关函电费按05元/kWh计算,则本套静态无功补偿数建模与仿真门电力系统保护与控制,2010设备年节约电费为38(10):66-70M=(PP)x05=11612万元5]郑建,陈劲操.混合级联逆变器在 STATCOM中的应根据以上的计算结果,最多两年可回收本套设用研究门电力系统保护与控制2009,37(18):5761备的投资成本。6]刘青王增平张媛消除 STATCOM对线路距离保护影响方法的研究电力系统保护与控制2010,38(24:93-98结论DSTATCOM作为改善电能质量的一项关键先进作者简介信珂(1972-),女,高级工程师,从事电力系统变电电气设计研技术,在日本、美国、德国等发达国家已经得到高度究工作重视和日益广泛的应用,在国内冶金、煤矿、风电、周志勇(1971-),男,高级工程师,从事电力系统自动化及电电气光伏等行业也正在大批量的投入使用。该设备自身不设计研究工作亭旷(1977-),男,博士,从事中高压、大功率电力电子装置如受制于电网电压的补偿特性,更适合应用于电网的变变频器、SVG、APF、DⅤVR、UPQC、SSSC等的研发工作Nc新闻与动态泰永科技开创不间断供电线路新技术—TBBQ3-S双旁路Pc级ATSE泰永科技成功开发出具有重叠合闸功能的ATSE说即便采用市场上转换速度最快的PC级ATS产品,其最快TBBQ3S系列转换开关,该产品为专业PC级ATSE,产品转换(失电)时间也在60ms左右,传统的ATSE是无法满设计完全满足GBT14048.112008标准要求,突破了传统足此累场所连续供电的需求的ATSE在转换过程中的断电时间,开创了不间断供电线路新TBBQ3S在PC级ATS特有的模块化结构的基础上时代。成功开发出具有重叠合闸功能的转换开关该产品首先从机目前,对于电网中的一级负荷,以及一级负荷中的特别械结构上实现了两路电源并联的可能。再结合专门开发的重要的负荷,通常采用两路市电或市电加油机等配合 ATSE CS智能控制器,应用其发电机控制功能,实现对发电机输进行供电。由于产品结构、功能以及使用条件的限制,传统出电源的控制,使主、备电源的技术参数满足两路电源并联的ATSE在转换过程中都会有几十毫秒到几秒钟的断电时运行的条件电源并联转换的间。而对于一些特殊行业或特殊负载(如发电厂保安电源、时机,从而实中国煤化工间断供电线路计算机中心等)对于断电时间的要求是极为严格的,也就是提供全新的解CNMHG201年第7期电呵技术|35