基于光控晶閘管無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

殷培峰， 馬 莉

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060)

隨著大功率電力電子器件和微控制器技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)中以晶閘管為主要工作部件的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，有效解決了電網(wǎng)無功功率的攢動(dòng)、抑制系統(tǒng)過電壓、降低系統(tǒng)網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但電控晶閘管，其觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路TE板工作在高壓電氣環(huán)境中，受強(qiáng)電磁干擾，閥組的準(zhǔn)確觸發(fā)和可靠性下降[1]，若采用光控晶閘管作為閥組的核心功率器件，由于光脈沖不經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而直接送到晶閘管元件的門極光敏區(qū)，以觸發(fā)晶閘管閥片，可實(shí)現(xiàn)觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)與高壓閥組的隔離，避免高壓產(chǎn)生的電磁干擾，進(jìn)而保證閥組觸發(fā)的準(zhǔn)確性和閥組的可靠性[2]，提高無功補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力，減少電力傳輸中功率損耗，最大限度的發(fā)揮輸電系統(tǒng)的輸送能力。

1 電控晶閘管誤觸發(fā)造成靜止無功補(bǔ)償器(SVC)可靠性下降的原因分析

當(dāng)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路TE板，受強(qiáng)電磁干擾，使閥組誤觸發(fā)，如在0°出現(xiàn)誤觸發(fā)脈沖，會(huì)引起晶閘管的瞬態(tài)過電流，導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱嚴(yán)重而損壞[3]。如圖1(c)所示。

(a)系統(tǒng)圖

(b)α=90°正常工作時(shí)的電流波形

(c)α=0°觸發(fā)時(shí)的電流波形

(2)

(3)

當(dāng)t=t(0)，i=0，C=U2m/ωL，由(2)式和(3)式可得：

(4)

2 采用光控晶閘管提高SVC裝置抗干擾性和運(yùn)行可靠性的機(jī)理分析

光控晶閘管是把傳統(tǒng)的電柵變?yōu)楣鈻?，其觸發(fā)模式為光信號(hào)觸發(fā)，具有觸發(fā)功率小、觸發(fā)一致性好和抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)、高壓直流傳輸系統(tǒng)的重要組成部分[4]。

光控晶閘管技術(shù)的核心是光脈沖不經(jīng)光電轉(zhuǎn)換而直接送到晶閘管元件的門極光敏區(qū)，以觸發(fā)晶閘管閥片[5]。如圖2所示，圖2(a)為光控晶閘管結(jié)構(gòu)圖，圖2(b)為等效電路。等效電路從左到右的PNP和NPN三極管依次構(gòu)成光柵處晶閘管、放大晶閘管和主晶閘管，與電控晶閘管在閥片特性上有明顯的改變[6]。光控晶閘管在光信號(hào)源、光脈沖傳輸和監(jiān)控保護(hù)技術(shù)等方面有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，如光觸發(fā)單元采用激光二極管器件，以保證觸發(fā)信號(hào)的可靠性；光接收單元接收每個(gè)晶閘管的工作狀態(tài)電壓回報(bào)信號(hào)，通過光纖以光信號(hào)的形式發(fā)送至控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)與高壓閥組的隔離，避免了高壓產(chǎn)生的電磁干擾問題[7]。如表1所示，為光控晶閘管與電控晶閘管的主要技術(shù)參數(shù)比較，可以看出光控晶閘管閥組的控制觸發(fā)和保護(hù)部分的電子元件數(shù)量大大減少，從而保證閥組觸發(fā)的準(zhǔn)確性和閥組的可靠性。

圖2 光控晶閘管結(jié)構(gòu)圖與等效電路

表1 光控晶閘管與電控晶閘管的主要技術(shù)參數(shù)比較表

3 使用光控晶閘管技術(shù)的SVC裝置產(chǎn)生的綜合效益分析

使用光控晶閘管技術(shù)的SVC裝置，接網(wǎng)技術(shù)采用直接接于母線方式，避免了通過主變接入系統(tǒng)，無降壓變壓器，無變壓器運(yùn)行損耗，減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，減少占地面積，有利于降低投資成本和節(jié)能降耗[8]。采用光控晶閘管技術(shù)的SVC接網(wǎng)技術(shù)，對(duì)比電控晶閘管技術(shù)的SVC接網(wǎng)技術(shù)，總體可以節(jié)約綜合造價(jià)10%～20%，這對(duì)于投資幾千萬的無功補(bǔ)償器裝置來講是極其客觀的。

使用光控晶閘管技術(shù)的SVC裝置，將正向過壓保護(hù)器(BOD)封裝到晶閘管內(nèi)部，減少高壓電氣環(huán)境下的強(qiáng)電磁干擾，保證閥組得到100%準(zhǔn)確觸發(fā)和保護(hù)[9]，提升供電系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)中以光控晶閘管為主要工作部件的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的廣泛應(yīng)用，降低了系統(tǒng)一、二次電網(wǎng)損耗，減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)[10]用；降低了電網(wǎng)電壓的波動(dòng)幅度，改善了電力系統(tǒng)無功潮流的分布，減少了非線性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)和諧波干擾；保證閥組觸發(fā)的準(zhǔn)確性和閥組的可靠性，提高無功補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力，對(duì)穩(wěn)定電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義。