靜止無功補(bǔ)償器晶閘管控制性能現(xiàn)場簡易檢測方法研究

吳晉波，胡迪軍，洪權(quán)，李龍，李理，蔡昱華

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司，湖南 長沙 410004)

0 引言

靜止無功補(bǔ)償裝置[1-4](static var compensator，SVC)是目前應(yīng)用最成熟的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備[5-7]之一，在新能源發(fā)電站[8-9]和高壓直流換流站[11-13]中應(yīng)用尤為廣泛。作為一種沒有旋轉(zhuǎn)部件，快速、平滑、可控的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置，SVC是將可控的電抗器和電力電容器并聯(lián)使用，其中電容器可發(fā)出無功功率，可控電抗器可吸收無功功率，通過對電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使整個(gè)裝置平滑地從發(fā)出無功功率變?yōu)槲諢o功功率，并且響應(yīng)快速。

在SVC壽命周期中，需要對其核心部分晶閘管控制支路的晶閘管控制性能開展現(xiàn)場檢測[14]。晶閘管控制性能檢測是衡量SVC控制性能的重要依據(jù)[15]。現(xiàn)有針對SVC晶閘管控制性能的檢測方法雖有不少，但只適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，檢測方法及裝置均過于復(fù)雜繁瑣，檢測環(huán)境與場地要求較高。而SVC不少設(shè)置在海拔較高的風(fēng)電場和偏遠(yuǎn)的變電站，實(shí)驗(yàn)室檢測方法在現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境下并不易實(shí)施。因此，需要一種適用于SVC現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的簡單、有效的晶閘管控制性能檢測方法。

本文提出一種SVC晶閘管控制性能現(xiàn)場簡易檢測方法，通過簡易的接線，采用現(xiàn)場常見的儀器設(shè)備，更適用于運(yùn)行現(xiàn)場環(huán)境。在某500 kV變電站180 Mvar SVC成功開展晶閘管控制性能測試，驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 SVC晶閘管控制支路

SVC晶閘管控制性能測試對象為晶閘管控制電抗器(TCR)支路[16]中的晶閘管閥組[17]，如圖1所示。每相TCR支路有24個(gè)晶閘管閥組，SVC控制系統(tǒng)分別與各個(gè)晶閘管閥組的控制端相連，用于控制三相晶閘管控制支路進(jìn)行無功補(bǔ)償。

圖1 SVC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 檢測方法

2.1 檢測方法

根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行情況，提出SVC晶閘管控制性能現(xiàn)場簡易檢測方法，現(xiàn)場接線如圖2所示。

圖2 所提檢測方法

如圖所示，所需試驗(yàn)儀器包括試驗(yàn)電源1、調(diào)壓器2、小負(fù)載3、模擬量記錄模塊4、檢測判斷模塊5。試驗(yàn)電源1的輸出端和調(diào)壓器2的原邊相連，調(diào)壓器2的副邊、小負(fù)載3和靜止無功補(bǔ)償器中的待檢測晶閘管閥組依次串聯(lián)形成回路，調(diào)壓器2的副邊和和靜止無功補(bǔ)償器的控制系統(tǒng)同步基準(zhǔn)電壓輸入端相連，模擬量記錄模塊4的輸入端分別和調(diào)壓器2的副邊、小負(fù)載3的兩端相連，模擬量記錄模塊4的輸出端和檢測判斷模塊5相連。

試驗(yàn)電源1為SVC晶閘管閥組控制性能現(xiàn)場檢測裝置提供電源；調(diào)壓器2原邊與試驗(yàn)電源1輸出的交流電源相連；調(diào)壓器2副邊為待檢測晶閘管閥組提供檢測電源，并同時(shí)為待檢測的SVC控制系統(tǒng)提供同步基準(zhǔn)電壓；小負(fù)載3作為待檢測的SVC晶閘管控制的虛擬負(fù)載，并用于防止檢測回路電流過大；模擬量記錄模塊4采集待檢測的SVC控制系統(tǒng)同步基準(zhǔn)電壓和小負(fù)載兩端電壓；檢測判斷模塊5則根據(jù)模擬量記錄模塊4采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對晶閘管閥組控制性能的檢測。

試驗(yàn)電源1可采用現(xiàn)場50 Hz、380 V檢修三相交流電源；調(diào)壓器2可采用常見的可變變比調(diào)壓器；小負(fù)載3可根據(jù)現(xiàn)場條件和過流限值，由單個(gè)或多個(gè)固定電阻或可變電阻構(gòu)成。模擬量記錄模塊4采用至少具有兩路電壓測量通道的便攜式錄波儀或示波器。

2.2 檢測步驟

所提SVC晶閘管控制性能現(xiàn)場簡易檢測方法，現(xiàn)場具體步驟如圖3所示。

圖3 檢測方法步驟流程

1)從待測觸發(fā)角集合中遍歷選擇當(dāng)前觸發(fā)角α，將靜止無功補(bǔ)償器的控制系統(tǒng)中設(shè)定觸發(fā)角為當(dāng)前觸發(fā)角α。

2)讀取同步基準(zhǔn)電壓U0的過零點(diǎn)與其后最近時(shí)刻小負(fù)載電壓U1突變點(diǎn)之間的時(shí)間差t，根據(jù)β=t/T×180計(jì)算待檢測晶閘管閥組的實(shí)際觸發(fā)角β，如圖4所示。其中t表示同步基準(zhǔn)電壓U0的過零點(diǎn)與其后最近時(shí)刻小負(fù)載電壓U1突變點(diǎn)之間的時(shí)間差，T為10 ms。

圖4 時(shí)間差計(jì)算

3)計(jì)算待檢測晶閘管閥組的設(shè)定觸發(fā)角α、實(shí)際觸發(fā)角β之間的觸發(fā)角差值，判斷所述觸發(fā)角差值是否小于預(yù)設(shè)閾值。如果小于預(yù)設(shè)閾值則判定當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組的控制性能符合要求，否則判定當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組的控制性能不符合要求。

4)判斷待測觸發(fā)角集合是否遍歷完畢。如果遍歷完畢，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1)。

5)判斷是否所有當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組的控制性能均符合要求。如果所有當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組的控制性能均符合要求，則判定待檢測晶閘管閥組的控制性能符合要求；否則判定待檢測晶閘管閥組的控制性能不符合要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

應(yīng)用該方法在某500 kV變電站SVC開展晶閘管控制性能測試。SVC TCR支路每相閥組由24對正反向并聯(lián)的晶閘管組成，晶閘管設(shè)計(jì)導(dǎo)通角為120°～165°，導(dǎo)通角誤差應(yīng)小于2°。

測試中，試驗(yàn)電源1選取50 Hz、380 V三相交流電源，可輸出功率不小于200 W(單相)；調(diào)壓器2選取可變變比調(diào)壓器，變比可根據(jù)試驗(yàn)電源選定調(diào)整至380∶100，原邊輸入電壓380 V，副邊輸出電壓為100 V，容量不小于600 W；小負(fù)載3選取3個(gè)串聯(lián)的電阻，每個(gè)阻抗值50～90 Ω(50 Hz)，最大持續(xù)電流不低于2 A，最大電壓不低于100 V(50 Hz)；模擬量記錄模塊4選取便攜式錄波儀，采樣周期小于1 ms。

按所提方法確定的待測觸發(fā)角集合具體包括120°和140°，預(yù)設(shè)閾值為2°。

按照所提方法，依次對待檢測晶閘管閥組A、B和C逐對開展現(xiàn)場檢測，并依據(jù)上述判定原則，做出結(jié)論。

1)待檢測晶閘管閥組A:在當(dāng)前觸發(fā)角α為120°的情況下，時(shí)間差t=6.7 ms，實(shí)際觸發(fā)角β=120.6°，其觸發(fā)角差值為0.6°；在當(dāng)前觸發(fā)角α為140°的情況下，時(shí)間差t=7.8 ms，實(shí)際觸發(fā)角β=140.4°，其觸發(fā)角差值為0.4°。兩個(gè)觸發(fā)角差值均小于預(yù)設(shè)閾值2°。因此所有當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組A的控制性能均符合要求，判定待檢測晶閘管閥組A的控制性能符合要求。

2)待檢測晶閘管閥組B:在當(dāng)前觸發(fā)角α為120°的情況下，時(shí)間差t=6.6 ms，實(shí)際觸發(fā)角β=118.8°，其觸發(fā)角差值為1.2°；在當(dāng)前觸發(fā)角α為140°的情況下，時(shí)間差t=7.7 ms，實(shí)際觸發(fā)角β=138.6°，其觸發(fā)角差值為1.4°。兩個(gè)觸發(fā)角差值均小于預(yù)設(shè)閾值2°。因此所有當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組B的控制性能均符合要求，判定待檢測晶閘管閥組B的控制性能符合要求。

3)待檢測晶閘管閥組C:在當(dāng)前觸發(fā)角α為120°的情況下，時(shí)間差t=6.8 ms，實(shí)際觸發(fā)角β=122.4°，其觸發(fā)角差值為2.4°；在當(dāng)前觸發(fā)角α為140°的情況下，時(shí)間差t=7.9 ms，實(shí)際觸發(fā)角β=142.2°，其觸發(fā)角差值為2.2°。兩個(gè)觸發(fā)角差值均大于預(yù)設(shè)閾值2°。因此所有當(dāng)前觸發(fā)角α下待檢測晶閘管閥組C的控制性能均不符合要求，判定待檢測晶閘管閥組C的控制性能不符合要求。

后期通過對SVC控制系統(tǒng)及采樣回路進(jìn)行進(jìn)一步測試，發(fā)現(xiàn)SVC控制系統(tǒng)采樣模塊C相存在超限誤差，導(dǎo)致C相觸發(fā)角控制誤差過大，A、B兩相控制性能合格。這證明了所提方法在現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境中是有效的。

4 結(jié)語

本文提出一種SVC晶閘管控制性能現(xiàn)場簡易檢測方法，通過試驗(yàn)電源為待檢測晶閘管閥組和小負(fù)載供電，檢測獲取同步基準(zhǔn)電壓U0的過零點(diǎn)與其后最近時(shí)刻小負(fù)載電壓U1突變點(diǎn)之間的時(shí)間差t；根據(jù)時(shí)間差t計(jì)算待檢測晶閘管閥組的實(shí)際觸發(fā)角β，基于設(shè)定觸發(fā)角α、實(shí)際觸發(fā)角β之間的觸發(fā)角差值判斷待檢測晶閘管閥組的控制性能是否符合要求，實(shí)現(xiàn)對SVC晶閘管控制性能的簡捷、有效檢測，能夠滿足運(yùn)行現(xiàn)場環(huán)境下檢測需求。所提方法成功應(yīng)用于實(shí)際SVC現(xiàn)場測試，證實(shí)了所提方法的可行性和有效性。