1、IGCT在50MVar STATCOM 裝置中的應(yīng)用,許繼集團(tuán)公司,2006年9月,內(nèi)容提要,電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用概述 STATCOM（靜止同步補(bǔ)償裝置）工作原理 高壓大功率主電路方案比較及器件選型 鏈?zhǔn)街麟娐吠負(fù)湎到y(tǒng)方案設(shè)計(jì) 閥單元設(shè)計(jì) 閥體型式試驗(yàn) IGCT損壞原因分析改進(jìn)措施 總結(jié),我國電網(wǎng)面臨的技術(shù)問題,我國電網(wǎng)輸電能力總體水平偏低，不能很好地適應(yīng)遠(yuǎn)距離、大容量輸電的需要； 電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題較為突出； 大負(fù)荷中心動態(tài)電壓支持不足，電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題嚴(yán)重； 部分電網(wǎng)的短路容量超過或接近開關(guān)遮斷容量，已經(jīng)成為電網(wǎng)運(yùn)行的重大安全隱患； 電網(wǎng)損耗較大，電網(wǎng)總

2、體效率和效益有待于進(jìn)一步提高； 在國家環(huán)保要求不斷趨嚴(yán)和輸電走廊資源有限的條件下，如何提高和改善輸變工程走廊資源利用率； 電力市場環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)對電力潮流的有效控制； 供電系統(tǒng)所提供的常規(guī)電能已經(jīng)不能滿足敏感性負(fù)荷的特殊要求。,電力輸電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn),需求 傳輸更多的功率 更好的電能質(zhì)量 更高的可靠性 更低的成本 限制 安全極限 擾動性負(fù)荷 開放性要求 環(huán)境影響和規(guī)劃許可,遠(yuǎn)距離輸電及負(fù)荷波動帶來的問題,0MW 弗雷迪效應(yīng),800 km,500kV,目標(biāo) 800MW 負(fù)荷,1000MW 系統(tǒng)崩潰,500kV,500kV,800MW Generation,800MW Load,500kV,Po

3、wer,500kV,500kV 輸電線 (未補(bǔ)償),補(bǔ)償后的傳輸容量變化,800 km,線路長度,500kV,目標(biāo) 1000MW SVC帶來容量提高,500kV,500kV,1000MW Generation,1000MW Load,500kV,1000MW,500kV,SVC,SVC,并聯(lián)補(bǔ)償線路,電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景,以HVDC、FACTS、DFACTS為代表的電力電子技術(shù)可以在電力系統(tǒng)的輸配電各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，提高電網(wǎng)的靈活性與可控性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和高效性的發(fā)展目標(biāo)。其中FACTS/DFACTS技術(shù)是逐漸加入現(xiàn)行的交流系統(tǒng)，而不是摒棄現(xiàn)有系統(tǒng)，可以與現(xiàn)行的

4、交流輸電系統(tǒng)并行發(fā)展、完全兼容，具有強(qiáng)大的技術(shù)生命力。,柔性電力系統(tǒng),在交流輸電系統(tǒng)中，引入各類并聯(lián)型、串聯(lián)型電力電子補(bǔ)償控制器，可顯著增大交流輸電的可控性，提高交流輸電極限容量，改善電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，使交流輸電系統(tǒng)成為控制靈活的柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission System，簡稱FACTS）。在發(fā)電、輸電、配電和負(fù)載用電整個(gè)電力系統(tǒng)中廣泛采用電力電子技術(shù)，引入各類電力電子補(bǔ)償控制器和電力電子變換器，可以改善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為電力系統(tǒng)提供眾多有效的控制手段，顯著提高電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電和負(fù)載用電的可控性。,柔性電力系統(tǒng),在這種電力系統(tǒng)中再配置

5、各地電力設(shè)備運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)、同步定時(shí)監(jiān)（視）、測（量）系統(tǒng)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和通信系統(tǒng)，在各級信息處理、監(jiān)控的基礎(chǔ)上，中央信息處理和決策管理系統(tǒng)集中完成對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理，運(yùn)行狀態(tài)的分析，按一定的控制目標(biāo)形成控制決策和相關(guān)的控制指令，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和暫態(tài)過程中，利用從傳統(tǒng)經(jīng)典控制到基于現(xiàn)代控制理論的智能控制技術(shù)，對各地的電力電子補(bǔ)償控制器和相關(guān)電力設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)、適式、靈活、有效地協(xié)調(diào)控制,柔性電力系統(tǒng),這將使現(xiàn)今系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不夠合理、缺乏有效的控制手段的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，無論是發(fā)電、輸電、配電和負(fù)載電能應(yīng)用都將獲得更高的安全可靠性，更好的經(jīng)濟(jì)效益，更靈活有效的控制特性，更好的運(yùn)行特性

6、和供電質(zhì)量。 隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用和電力系統(tǒng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將成為一個(gè)運(yùn)行更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、控制更為靈活的柔性電力系統(tǒng)FPS( Flexible Power System)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將發(fā)生革命性的變革，同時(shí)也將推動電力電子技術(shù)在更高水平上的新發(fā)展。,FACTS 柔性交流輸電技術(shù),ES,ER,Parallel Compensation,jX,Series Compensation,0,Load-Flow Control,P 措施：在IGCT驅(qū)動電源輸入端安裝EMI濾波器,并且在IGCT驅(qū)動電源輸入線上安裝非晶態(tài)磁芯,抑制共模干擾;,EMI Filter,Mag

7、netic Core,陽極電抗器設(shè)計(jì),作用：限制di/dt（ 器件di/dt允許達(dá)到600A/uS,設(shè)計(jì)值為400A/uS） 問題：電流波形如下圖所示，諧波含量大。采用自然風(fēng)冷的空心電抗、半截磁芯電抗和閉合磁芯的電抗,實(shí)測溫升高達(dá)200K,無法滿足設(shè)備長期運(yùn)行需要。 措施：采用水冷卻空心電抗，其本體為鍍鎳銅管，冷卻水從其底部流入，頂部流出，實(shí)測溫升低于10K,隔離變壓器設(shè)計(jì),作用：高頻隔離 最初采用干式變壓器方案，具有體積小維護(hù)方便的特點(diǎn)，但局放值難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。后改為油浸方式，仍存在部分變壓器局放值均超過50pC，經(jīng)分析為出線套管局放不符合要求。后經(jīng)上海電力公司專家參與，重新進(jìn)行封裝，解決

8、了局放超標(biāo)問題,上海50MvarSTATCOM 成套裝置部件圖,上海50MVar STATCOM 閥廳,上海50MVar STATCOM 變壓器,上海50MVar STATCOM 控制保護(hù)系統(tǒng),上海50MVar STATCOM循環(huán)密閉純水冷卻裝置,上海50MvarSTATCOM 成套裝置部件圖,上海50MVar STATCOM循環(huán)密閉純水冷卻塔,上海50MVar STATCOM連接電抗器,用戶經(jīng)濟(jì)效益分析報(bào)告和項(xiàng)目驗(yàn)收專家意見,STATCOM產(chǎn)品優(yōu)勢,1.性能更優(yōu)異 抑制系統(tǒng)過電壓，改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性 提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負(fù)荷數(shù)量，并防止發(fā)生暫態(tài)電壓崩潰 動態(tài)地維持輸電線路端電壓

9、，提高輸電線路穩(wěn)態(tài)傳輸功率極限 阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩 在負(fù)荷側(cè)，能抑制電壓閃變、補(bǔ)償負(fù)荷不平衡、提系統(tǒng)高功率因數(shù) 2.高性價(jià)比 STATCOM輸出電流不依賴于電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，具有更寬的運(yùn)行范圍。同容量的STATCOM可以比SVC提供更大的補(bǔ)償量 3.高效率 采用新型低損耗功率器件IGCT，有效的提高了裝置效率 輸出電壓、電流諧波畸變率低，諧波損耗小，系統(tǒng)效率高,STATCOM產(chǎn)品優(yōu)勢,4.不需要安裝諧波濾波器 采用先進(jìn)的鏈?zhǔn)诫娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)和優(yōu)化的PWM技術(shù)來消除低次諧波，輸出電壓、電流諧波畸變率均小于3%，不需要安裝諧波濾波器支路； 5.占地面積小 以半導(dǎo)體功率器件構(gòu)成的逆變器為核心，使用直流電容器儲能，相比于SVC，無體積龐大的濾波支路和電抗器，安裝尺寸大大減小，特別適合于對占地面積要求較高的場合。 6.高可靠性 N+1冗余主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)鏈節(jié)單元損壞后仍可繼續(xù)滿負(fù)荷正常運(yùn)行 在故障條件下，STATCOM比SVC具有更