动态无功补偿在110kV变电站的应用情况及效果分析
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摘 要：用可控电抗器型补偿设备，对供电系统的无功、电压和谐波进行综合治理。通过在110kV变电站的应用情况表明，其效果十分明显。
一、引言
早期的并联补偿技术中，动态无功补偿设备一般采用同步调相机。由于其运行过程中运动部件，不仅结构复杂、投资高，电力损耗大，而且操作维护困难，故逐渐被静态无功补偿所代替。静态无功补偿技术经历了3代：第1代为机械式投切的般采用同步调相机。由于其运行过程中运动部件， 无源补偿装置，属于快速无功补偿装置；第2代为晶闸管投切的静止无功补偿器（SVC），属无源、快速动态无功补偿装置，主要用于配电系统中，输电网中应用很少；第3代为基于电压源换流器的静止同步补偿器，属快速的动态无功补偿装置。典型供电系统的无功补偿需要解决无功补偿的响应速度和谐波治理两个问题。
二、动态补偿系统的实现
1.采用了晶闸管变流系统
将补偿支路设计为具有基波补偿能力的滤波通道，按照某供电系统谐波分析的案例，设置了5次、7次、11次三个滤波通道，其中5次，7次为单调谐支路，11次设计为高通支路。用来滤除11次数以上的谐渡。各通道的电容器容量在设计时，考虑与支路调谐频率的容抗匹配，还兼顾到对基波的无功补偿容量。为保证取得较好的滤波效果，采取了装容量略大于基渡补偿容量的设计方法。这样，三个滤波通道组成了既具有滤波功能，又具有基波补偿功能的PF支路，在滤除系统谐波的同时，为系统提供了充足的容性无功补偿。
2.快速动态治理
为解决对电压的不对称、电流与电压谐波等电网问题的快速动态治理，采用了磁阀式可控电抗器型SVC，即简称MCR型SVC补偿设备。
2.1 MCR可靠性高
通过调节励磁电流的大小来控制其无功输出，励磁系统由处于低电压等级，且控制功率也不高。可控硅在低电压等级的应用方面，技术成熟，其可靠性和稳定性是空心式相控电抗器型TCR无法比拟的。
2.2 MCR体积小
采用了油浸式变压器的封装结构，占地面积大大小于TCR。
MCR维护工作量小
由于励磁系统的电压等级低，控制功率不高，每相只有两只可控硅，且容量不大，即使损坏影响面积也很小。
2.3 基本组成
无功自动补偿装置由补偿滤波支路和可控电抗器支路组成，其中补偿滤波支路经隔离开关固定接于母线，通过调节可控电抗器的输出容量（感性无功），实现无功的柔性补偿。磁控电抗器采用直流助磁原理，利用附加直流励磁磁化铁芯，改变铁芯磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静结构，无运动部件，工作可靠性高。
2.4 磁控电抗器
在可控电抗器的工作铁芯柱上分别对称地绕有两个线圈，其上有抽头，它们之问接有可控硅T1、T2，不同铁芯的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源，续流二极管接在两个线圈的中间。当可控电抗器主绕组接至电源电压时，在可控硅两端感应出系统电压1%左右的电压。电源电压正半周触发导通可控硅T1，在回路中产生控制电流；电源电压负半周期间触发导通可控硅T2，在回路中产生控制电流，一个工频周期轮流导通和，产生的直流控制电流，使电抗器工作铁芯饱和，输出电流增加。可控电抗器输出电流大小取决于可控硅控制角，控制角越小，产生的控制电流越强，从而电抗器工作铁芯磁饱和度越高，输出电流越大。因此，改变可控硅控制角，可平滑调节电抗器容量。
三、使用效果分析
1.无功补偿减少损耗产生的经济效益
通过对系统的测试和分析后，设计补偿容量为3000kvar，平均电容器出力取50%，无功补偿经济当量取0.090。则补偿电容器投运后相当于减少的有功损耗为：
3000kvar×50%×0.090kW/kvar=135kW
该系统为固定补偿加磁控电抗器以起到动态补偿的效果，使功率因数稳定在0.95以上。电容器始终投运在电力系统中，按照每天工作18h，每月工作26d计算，则电容器一年内的工作时间为5616h。投运上动态无功补偿系统后，每年减少损耗为5616h×135kW=758160kWh，按照动力电的平均费率0.54元/kWh计算，每年可减少经济损失40.9万元。
2.符合供电营业规则产生的经济效益
原电力工业部1996年颁发的《供电营业规则》规定：“无功电力应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。IOOkVA及以上高压供电用户的功率因数为0.90以上。”为弥补无功损耗，根据用户变压器容量加收变损和实施功率奖罚。假定整个电力系统的最大负荷为12500kW，正常运行时，平均使用的负荷按照系统总符合50%计算，即12500kW x 50%=6250kW，则每年的用电量为2970万kWh。每年电费为1603.8万元，减少的调节电费为：1603.8万元×5%=80.19万元
3.补偿投入后滤波效果好
投入前，由于系统中存在谐波比较严重，导致电压电流基波波形发生严重畸变。滤波装置投运以后，电流曲线非常光滑，滤波效果良好。
4.磁控电抗器的损耗
磁控电抗器自身的损耗相当于同数量有功功率的0.5%，则2400kvar的磁控电抗器的有功损耗为：2400×0.5%=12kW，按照每年投运8000h计算，每年损耗的电能为57024kWh，损耗部分电费为：57024kWh×0.54元/kWh=30792.96元
5.折旧和维护费用
整套动态无功补偿滤波设备的总投资为150万元，每年设备的折旧费按照10%计算，则每年折旧为：150万元×10%=15万元。一般电力设备的年维护费用为3%，因MCR设备为免维护设备，整个系统的维护量远远小于一般电和设备，按照一般设备的维护费用来计算，MSVC动态无功补偿系统的年维护费用为：150万元×3%=4.5万元。综上所述，对电力系统进行动态无功补偿之后，每年可见的直接经济收益为：40.9+80.19—3.079—15—4.5≈98.55万元。则投资回报期为：150万元/（98.55万元/年）=1.522（年），这样在一年半时间内收回了设备成本。
四、结语
动态补偿滤波装置兼顾了补偿和滤波功能，具有较高的运行效率，简单实用的结构，参数调整灵活准确，运行安全可靠，维护方便，经济效益显著，一年左右即可收回投资。
参考文献
[1]陈锡中低压补偿滤波装置的应用分析[J].电罔论坛，2003（6）.