基于磁控電抗器的變電站無功電壓控制

余豪華

【摘要】本文結合變電站實際運行情況，將電壓作為主要的控制目標，設計研發(fā)了一種無功電壓控制裝置，能夠有效的滿足當前變電站運行環(huán)境需求，并快速響應系統(tǒng)電壓無功需求，促進系統(tǒng)電壓質(zhì)量的改善，僅供相關人員參考。

【關鍵詞】磁控電抗器；變電站；無功電壓控制；電壓質(zhì)量

變電站無功電壓控制能夠在保證電網(wǎng)穩(wěn)定性的基礎上，為電網(wǎng)樞紐點提供無汞電壓支撐，一定程度上提高線路輸電能力，并合理降低線損，從而積極優(yōu)化無功潮流。當前無功補償開關裝置中，以開關切投的電容器以及固定電抗器和少量的動態(tài)無功補償裝置為主體，通過對變電站復合系統(tǒng)的優(yōu)化，來實現(xiàn)對電壓波動的抑制，從而切實提高變電站運行的穩(wěn)定性和可靠性。磁控電抗器（MCR）的形成和有效應用，一定程度上緩解了晶閘管控制電抗器TCR型靜止無功補償器的結構復雜、維修費用高以及可靠性差等問題，不斷改善諧波、損耗以及響應速度等方面的不足，為高壓和插高壓電網(wǎng)動態(tài)無功補償裝置的未來發(fā)展指明了方向。

1、MCR概述

1.1MCR的結構及工作原理分析

MCR以三相一體為主要結構，其中每相有兩個工作鐵心，每個工作鐵心上分布著交流主線組和直流控制線圈，三相呈星型連接，并將中心點接地，以保證MCR結構的合理性。MCR結構簡化圖見圖1，可以發(fā)現(xiàn)三相控制線圈成雙三角形形狀，以頂點為主體引出直流控制端，沿工作鐵心布置小截面段，并對極限磁飽和技術進行合理應用，可以促使其進入飽和狀態(tài)，并保持大截面處與不飽和狀態(tài)，在很大程度上降低了電抗器諧波和有功損耗，切實保證主鐵心磁閥式結構的可靠性。

在對繞組異名端進行控制的過程中，應當確保其與整流器輸出測的接入保持同步狀態(tài)，進而通過整流器所輸出的直流控制電流來對鐵心進行磁的調(diào)節(jié)，進而確保鐵心磁的飽和度滿足變電站無功電壓控制的實際效果。就宏觀層面來看，MCR的容量與鐵心的飽和度之間存在著密切的聯(lián)系，由于直流控制電壓與鐵心磁飽和度之間存在著正比例關系，因此應當積極采取有效措施來對直流控制電壓進行調(diào)整，即可控MCR的輸出電流的調(diào)整，切實保證電抗器容量的平滑調(diào)節(jié)，促進變電站無功電壓控制效率的提升。

相關工作人員應當注意的是，直流控制電流的接入，能夠促使可控電抗器中小截面段鐵心趨向于飽和狀態(tài)，并且鐵心的磁飽和度會隨著電抗器直流控制電流的加大而提高，并且可控電抗器的電感值與MCR容量之間存在著反比例關系，可控電抗器的電感值越小，則MCR的實際容量越大。

1.2MCR的諧波特性

單級磁飽和電抗器極易受到不同磁飽和度狀態(tài)下的基波和諧波電流的影響，而導致標幺值不同，在經(jīng)過研究人員的精準計算后，可以得出基波與各次諧波電流標幺值與基波電流標幺值變化的曲線圖見圖2，其中ih為諧波電流，i為基波電流。通過對圖2進行觀察和研究可以發(fā)現(xiàn)，3次諧波含量的最大值在6.9%左右，5次諧波含量的最大值在2.5%左右，7次諧波含量為1.3%左右，在諧波電流中，主要以3次諧波含量為主，并且控制繞組主要以三角形作為接線方式，3次諧波不會在主繞組中出現(xiàn)，從而有效的減小諧波含量。

2、MCR動態(tài)無功補償原理

在變電站內(nèi)安裝110kVV可控電抗器，能夠最大化的保證變電站內(nèi)部電壓的穩(wěn)定性，并對潮流截面的交換無功進行科學化控制，MCR接入系統(tǒng)的原理接線圖見圖3。就當前變電站無功電壓控制的實際情況來看，在當前負荷水平下，能夠結合系統(tǒng)內(nèi)部無功情況和電壓調(diào)整需求來進行系統(tǒng)化分析，進而結合以往控制經(jīng)驗來對變電站電壓各項數(shù)據(jù)進行科學化分析，進而在遵循MCR動態(tài)無功補償原理的基礎上，促進其與電容器組合變壓器分接頭的有機協(xié)調(diào)，促進變電站無功電壓控制質(zhì)量和效率的提升。

通過MCR的有效應用，在對電壓和電流數(shù)據(jù)信號進行科學化控制的基礎上，對多元化的數(shù)據(jù)信息進行實時采集，并對信號進行適度調(diào)理，并將調(diào)理后的信號發(fā)送至單片機控制其中，對變電站電壓系統(tǒng)的功率情況進行明確，針對有功和無功情況進行及時調(diào)整，結合實際見測量來對磁控電抗器的實際電抗大小情況來進行適度調(diào)整。與此同時，結合控制信號的實際情況，積極建立具有高度適宜性的控制方案，來對變電站電壓信號進行合理化控制，以脈沖變壓器作為傳輸設備，實現(xiàn)控制信號的穩(wěn)定傳輸，并對變壓器分接頭進行調(diào)整，并對MCR的觸發(fā)角進行把握和控制，促進變電站電壓調(diào)節(jié)的科學性和合理性，從而推進變電站的穩(wěn)定高效運行。

3、仿真研究

為驗證該動態(tài)無功補償裝置及其控制系統(tǒng)對無功電壓控制的有效性，建立了變電站仿真模型，仿真過程中通過負載變化和無功負荷的投切來模擬公共連接點無功電壓的波動現(xiàn)象，對電抗器投入情況進行了仿真分析。

安裝電抗器后，由于電抗器的實時補償作用，明顯降低了電壓，且響應時間極短，可將電壓降低到允許電壓水平。由于負荷的突變，引起了電網(wǎng)電壓升高，所研制的控制系統(tǒng)投運后，系統(tǒng)快速補償突變的無功量，改善了電網(wǎng)電壓質(zhì)量。仿真結果表明，系統(tǒng)具有抑制電壓波動，快速補償無功的特點，滿足變電站無功電壓控制的需要。

4、結束語

就宏觀層面來看，基于磁控電抗器的變電站無功電壓控制具有一定的合理性，其應用裝置在滿足變電站設計要求的基礎上，促進電力系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。變電站新型無功補償裝置能夠有效的對變電站電壓進行跟蹤，并與系統(tǒng)電壓無功需求保持密切的聯(lián)系和高度的響應，從而對變電站高壓測電壓過高問題進行有效的解決，確保在多元化的運行工況下，能夠為變電站提供穩(wěn)定可靠的無功和電壓支撐。

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