靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置STATCOM的運(yùn)行及注意事項(xiàng)

劉海濤

摘 要：目前±200Mvar STATCOM項(xiàng)目已在500 kV東莞站投運(yùn)，并處于試運(yùn)行階段。STATCOM作為新一代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，在運(yùn)行、維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，但因其特有的優(yōu)點(diǎn)，使其成為未來(lái)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展的方向。做好STATCOM裝置的的運(yùn)行、管理，是試運(yùn)行階段的重要項(xiàng)目。介紹了靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置STATCOM的基本結(jié)構(gòu)，介紹了STATCOM裝置的運(yùn)行模式及控制策略；對(duì)試運(yùn)行階段的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納，為STATCOM在電網(wǎng)中的應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)功功率補(bǔ)償 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置STATCOM 運(yùn)行

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（c）-0087-02

STATCOM的基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｄ壳啊?00Mvar STATCOM項(xiàng)目已在500kV東莞站投運(yùn)，并處于試運(yùn)行階段。STATCOM作為新一代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，在運(yùn)行、維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，但因其特有的優(yōu)點(diǎn)，使其成為未來(lái)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展的方向。做好STATCOM裝置的運(yùn)行、管理，是試運(yùn)行階段的重要項(xiàng)目。

1 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置STATCOM的介紹

STATCOM設(shè)備包括連接電抗器和閥組，控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)。500 kV東莞站STATCOM閥組由兩套±100Mvar STATCOM組成，每套STATCOM由3個(gè)換流鏈和3套水冷系統(tǒng)組成。其中每個(gè)變流鏈均由26個(gè)閥組單元串聯(lián)而成。

STATCOM采用集裝箱方式，減小了占地面積。它包括6個(gè)閥組集裝箱和一個(gè)控制集裝箱。STATCOM的控制系統(tǒng)主要有系統(tǒng)監(jiān)控柜、系統(tǒng)控制柜、裝置控制柜（2面）和脈沖柜（6面）組成?？刂葡到y(tǒng)中每種柜體的主要功能如下：

監(jiān)控柜：主要是監(jiān)控系統(tǒng)及與外界的通信。

系統(tǒng)控制柜：主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制部分的算法，斷路器和水冷系統(tǒng)的控制以及啟停邏輯。

裝置控制柜：主要負(fù)責(zé)STATCOM的控制算法，其指令來(lái)自于系統(tǒng)控制柜以及STATCOM本體的保護(hù)。

脈沖柜：主要是完成直流電壓平衡算法，將每個(gè)單元的調(diào)制波發(fā)送給閥組的單元主控板。

2 STATCOM裝置的啟停

STATCOM能夠輸出交流電壓的前提是直流側(cè)具有電壓，所以直流電壓是STATCOM運(yùn)行的前提條件。

東莞站STATCOM采用他勵(lì)方式進(jìn)行啟動(dòng)。首先STATCOM二次電源通過(guò)隔離變壓器給直流電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到閾值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出合閘允許信號(hào)，此時(shí)在監(jiān)控后臺(tái)合上斷路器，直流電容充電工作完成。在監(jiān)控后臺(tái)發(fā)出解鎖命令后，STATCOM發(fā)出觸發(fā)脈沖，STATCOM輸出無(wú)功按指定的方式運(yùn)行，啟動(dòng)工作結(jié)束。在這過(guò)程中充電是關(guān)鍵的一步，因?yàn)槿绻绷麟娙輿](méi)有充電，合上斷路器會(huì)有非常大的沖擊電流。

STATCOM退出時(shí)，應(yīng)先閉鎖脈沖（此時(shí)STATCOM幾乎沒(méi)有電流），然后斷開(kāi)斷路器，此時(shí)STATCOM進(jìn)入直流電容放電階段，放電完畢后處于熱備用狀態(tài)。在這過(guò)程中應(yīng)該注意直流電容放電過(guò)程，如果需要檢修應(yīng)先確認(rèn)直流電壓是否安全。

由于STATCOM不同于常規(guī)的設(shè)備，當(dāng)STATCOM閉鎖后沒(méi)有電流，而且動(dòng)作速度非常快（微秒級(jí)）。從而STATCOM保護(hù)具有兩種類(lèi)型：一種是STATCOM僅閉鎖，開(kāi)關(guān)不斷開(kāi)；另一種是閉鎖，跳開(kāi)關(guān)。大部分STATCOM保護(hù)均是閉鎖，當(dāng)故障消失后可以迅速解鎖，然后STATCOM繼續(xù)運(yùn)行。嚴(yán)重故障時(shí)STATCOM才進(jìn)行跳開(kāi)關(guān)保護(hù)。對(duì)于具有旁路功能的STATCOM又多一種運(yùn)行模式：?jiǎn)卧月愤\(yùn)行。由于鏈?zhǔn)絊TATCOM是多個(gè)功率模塊串聯(lián)組成，當(dāng)某個(gè)功率模塊故障時(shí)，可以將其旁路，其他模塊可以繼續(xù)運(yùn)行，待檢修時(shí)將故障模塊進(jìn)行檢修即可。

3 STATCOM裝置的控制模式

穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式是穩(wěn)態(tài)控制模式之一，STATCOM根據(jù)系統(tǒng)的電壓變化自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，以減少系統(tǒng)的電壓波動(dòng)。在穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式時(shí)，STATCOM輸出最大輸出的容性無(wú)功和最大輸出的感性無(wú)功分別為50Mvar，只有當(dāng)暫態(tài)情況下才把輸出容量放開(kāi)，東莞站短路容量較大，以15300MVA為例，當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)最大無(wú)功對(duì)電壓影響程度小于0.8 kV，當(dāng)STATCOM輸出200Mvar時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響程度小于3 kV，所以單臺(tái)STATCOM對(duì)電網(wǎng)影響很小。根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試的情況來(lái)看，STATCOM滿(mǎn)發(fā)200MVA無(wú)功時(shí)，220 kV側(cè)母線(xiàn)大約有3～4 kV的變化，500 kV側(cè)母線(xiàn)大約有2～3 kV的變化。

穩(wěn)態(tài)恒無(wú)功模式，STATCOM向系統(tǒng)注入恒定的無(wú)功功率（50Mvar限幅）。（注意：無(wú)功輸出是恒定不變的，但裝置輸出的電流是時(shí)刻變化的，因?yàn)槟妇€(xiàn)電壓是時(shí)刻變化的。）

暫態(tài)控制模式，該模式的主要功能是為系統(tǒng)提供極快速的無(wú)功電壓支撐。進(jìn)入該模式后STATCOM限幅放開(kāi)，此時(shí)STATCOM可以滿(mǎn)容量輸出。該模式主要針對(duì)以下兩類(lèi)情況：

（1）系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)，系統(tǒng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)。

（2）系統(tǒng)發(fā)生接地故障，系統(tǒng)電壓發(fā)生快速大幅度跌落。

STATCOM作為快速無(wú)功調(diào)節(jié)的手段需要和其他無(wú)功設(shè)備配合才能充分發(fā)揮其作用?？紤]到500 kV東莞變電站內(nèi)已經(jīng)有12組電容器（每組40Mvar）和11組電抗器（每組45Mvar），這些無(wú)功設(shè)備基本滿(mǎn)足平時(shí)調(diào)壓需求。根據(jù)東莞站的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)STATCOM的運(yùn)行方式如下：

（1）以部分無(wú)功容量參與日常調(diào)壓，減小電壓的波動(dòng)。

（2）監(jiān)測(cè)站內(nèi)無(wú)功設(shè)備剩余情況，當(dāng)電抗器或電容器均投入后，STATCOM放開(kāi)部分限幅，讓更多的容量參與日常調(diào)壓。endprint

（3）當(dāng)STATCOM檢測(cè)到電壓變化率較大或電網(wǎng)電壓較低時(shí)，STATCOM將全部容量放開(kāi)進(jìn)行電壓支撐。

（4）當(dāng)站內(nèi)電容（電感）全投時(shí)，若STATCOM按照50MVA的限幅時(shí)仍不能將電壓穩(wěn)定在目標(biāo)電壓附近，則STATCOM將限幅打開(kāi)至100MVA，增大其無(wú)功輸出容量，以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。

4 STATCOM裝置運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）東莞站STATCOM采用他勵(lì)方式進(jìn)行啟動(dòng)，STATCOM能夠輸出交流電壓的前提是直流側(cè)具有電壓，所以直流電壓是STATCOM運(yùn)行的前提條件。另外，380 V電壓消失將導(dǎo)致水冷系統(tǒng)水泵立即停止，并且STATCOM跳閘（跳開(kāi)381、382），同時(shí)380V電源失電后，STATCOM UPS電源和直流蓄電池啟動(dòng)，可以保證STATCOM安全停機(jī)。為保證電源連續(xù)、可靠運(yùn)行，控制柜電源開(kāi)關(guān)采用ATS（Automatic Transfer Switch自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)），ATS主要用在緊急供電系統(tǒng)，將負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)切換至另一個(gè)電源的開(kāi)關(guān)。ATS一路電源接#3站用變，另一路電源接#0站用變，#0站用變由站外電源供電。#3站用變的380V電源為STATCOM裝置的專(zhuān)用電源，#0站用變?yōu)閭溆秒娫矗?dāng)#3站用變的380V側(cè)失壓，ATS裝置自動(dòng)切換到由#0站用變提供電源。380 V電源為STATCOM水冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、#8變有載調(diào)壓裝置和381、382間隔斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等電氣設(shè)備提供低壓交流電源。

（2）裝置控制屏每次上電時(shí)，都將控制策略下傳到脈沖柜，由脈沖柜暫時(shí)保存策略。由于裝置控制屏只在上電時(shí)發(fā)送唯一一次控制策略，而脈沖柜斷電后，不保存控制策略。所以，每次送電時(shí)，在合上斷路器前，須將脈沖柜上電，然后將裝置控制屏重新上電，使其重新下傳控制策略。

（3）現(xiàn)時(shí)STATCOM裝置處于穩(wěn)態(tài)恒電壓控制模式，STATCOM裝置根據(jù)當(dāng)前電壓值與整定電壓值的高低，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)出容性無(wú)功或感性無(wú)功。但由于變電站目前的電壓調(diào)節(jié)手段主要依靠電容器組或電抗器組，所以，可能出現(xiàn)電容器組投入的情況下，STATCOM發(fā)出感性無(wú)功這類(lèi)矛盾情況。例如，當(dāng)前目標(biāo)電壓為220 kV母線(xiàn)電壓值為231 kV，但由于系統(tǒng)電壓要求，須投入電容器組，使母線(xiàn)電壓維持在233 kV。此時(shí)，由于母線(xiàn)電壓比目標(biāo)電壓高2 kV，STATCOM裝置發(fā)出感性無(wú)功。解決辦法是，重新對(duì)目標(biāo)電壓值進(jìn)行整定，并對(duì)站內(nèi)無(wú)功設(shè)備進(jìn)行更嚴(yán)格的管理。

5 結(jié)語(yǔ)

STATCOM從功能上是可以代替站內(nèi)的電容器和電抗器。但目前STATCOM造價(jià)昂貴，技術(shù)尚未成熟，運(yùn)行成本高，因此主要用于系統(tǒng)故障時(shí)提供毫秒級(jí)的無(wú)功支撐，它的容量主要作為動(dòng)態(tài)的無(wú)功儲(chǔ)備使用的。如果將來(lái)STATCOM造價(jià)低廉，完全可以代替電容器和電抗器。

參考文獻(xiàn)

[1] 百M(fèi)VA級(jí)鏈?zhǔn)届o止無(wú)功補(bǔ)償器（STATCOM）研制[S].技術(shù)規(guī)范.

[2] 百M(fèi)VA級(jí)鏈?zhǔn)届o止無(wú)功補(bǔ)償器（STATCOM）使用說(shuō)明書(shū)[S].endprint