风电场动态无功补偿装置性能分析与比较牛若涛(北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特 010070) 摘 要:近年来,随着风力发电接入电网规模的逐步扩大,风电场无功补偿装置的补偿能力和响应时间等参数越来越受到各方重视。
同时,随着电力电子技术的快速发展,应用于风电无功补偿装置的新材料新工艺也不断涌现。
文章简要介绍风电场无功补偿装置的发展历史,重点介绍目前常用的各种风电场无功补偿装置的工作原理和系统组成,对各种补偿装置的运行特性、主要参数进行了详细的分析与比较。
关键词:静止型动态无功补偿;SVC;T CR;SVG 中图分类号:T M7 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0095—03 2011年是我国陆上风电产业继续发展的一年,仅内蒙古地区就增加吊装容量3736.4M W,累计容量17594.4M W。
随着区域性风电场开发容量的逐渐扩大,风电机组并网对系统造成的影响越来越明显。
国内目前的风电场大多采用感应式异步发电机,并入电网运行时需要吸收系统的无功功率。
在风电场集电线路母线安装无功补偿设备则可以提供异步发电机所需的无功功率,降低电网因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件。
本文结合目前风电场广泛使用的不同类型无功补偿装置的运行维护经验,从无功补偿装置的原理、系统组成及功能特性等方面进行了对比分析,得出了风电场最优的无功补偿配置方案。
1 无功补偿装置发展风力发电机组多数是异步发电机组,输出有功功率的同时,需要从电网吸收一定的无功功率,容易引起并网点的电压波动,通常采用在风电场集电线路母线上安装静止型无功补偿装置SVC(Static V ar Compensator)的方式进行治理。
SVC的发展历程大体可分为如下三个阶段:第一阶段:早期的并联电容器组静态补偿装置,用电容器补偿容性无功。
后来的磁阀式可控电抗器(M CR),采用直流助磁原理,利用附加直流励磁磁化铁心(自耦电抗器),改变铁心磁导率,实现电抗值的阶段性连续调整。
这两种补偿方式调节能力差,目前已经基本淘汰。
第二阶段:晶闸管控制电抗器(TCR——Thy ristor Co ntro lled Reactor)与固定电容器(FC——Fixed Capacitor)配合使用的静止型动态无功补偿装置(TCR+FC),是目前风电场广泛采用的比较成熟的无功补偿方式,能够跟踪负荷变化,实现实时补偿。
第三阶段:基于电压源型逆变器原理的静止型动态无功发生器SVG(Static v ar g enerato r),国际上又称STAT COM(静止同步补偿器——Static Sy nchr ono us Compensato r,简称ST ATCOM),是近年推出的新型无功补偿装置,关键部件采用大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT——Insulated Gate Bipo lar T ransistor)可实现双向补偿,既能输出感性无功又能输出容性无功。
2 各种无功补偿装置原理简介2.1 TCR型SVC原理图1 T CR型SVC原理图与波形图如图1所示,U为负荷侧交流电压,Th1、T h2为两个反并联可控硅,在一定范围内控制其导通,则可控制电抗器流过的电流i。
i=2V(cos -cos t)为Th1和Th2的触发角。
i的基波电流有效值为:95 2012年第23期 内蒙古石油化工I 1=VL (2 -2 +sin 2a)V ——相电压有效值L ——电抗器的基波电抗( )因此,可以通过控制电抗器L 上串联的两只反并联可控硅的触发角 来控制电抗器吸收的无功功率。
在风电场实际应用中,一般采用全部投入并联的电容器组(FC),用TCR 叠加调节无功功率输出的运行方式。
2.2 SVG 原理SVG 是属于柔性交流输电系统(FACT S)的重要装置,它以三相大功率电压逆变器IGBT 模块为核心,其输出电压通过变压器或电抗器接入系统,与系统侧电压保持同频、同相。
如图2所示,SVG 发出的无功为:Q =3U 22R sin 2其中U =jXI 1, 为逆变器输出电压与系统电压的夹角。
通过调节其输出电压与负荷侧电压的关系来确定输出功率的性质与容量,当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功,小于时输出感性无功。
通过调节输出电压幅值和相位则可以改变,从而达到连续调节无功性质与大小的目的,如图3。
图2 SV G原理图图3 各种运行模式下SV G 工作波形图 在风电场实际应用中,一般用并联电容器组(FC)叠加SVG 调节负荷侧无功功率,以降低整套装置造价。
3.1 TCR 型SVC 系统组成T CR 型SVC 主要由晶闸管阀组、相控电抗器、滤波FC 单元、控制系统组成,如图4。
96内蒙古石油化工 2012年第23期 图4 SVC 一次系统接线图3.1.1 高压晶闸管阀组高压晶闸管阀组是实现感性无功连续可调的关键设备,每个阀组单元由两个晶闸管反并联构成,每个阀组单元两端装有阻容均压保护电路。
3.1.2 相控电抗器相控电抗器是TCR 型SVC 的主要感性无功的输出单元,采用干式、环氧树脂固化空芯直筒型,每相上下二个电抗器线圈,线圈间用大爬距绝缘子隔开,电抗器骨架为非磁性材料。
3.1.3 滤波+FC 单元滤波+FC 单元是容性无功的输出单元,同时实现FC 在运行中产生的谐波过滤功能。
3.1.4 控制系统目前的T CR 控制系统采用光电触发,具有自取能、BOD 保护、时序逻辑、触发监测和光电转换等多种功能电路。
3.2 SVG 系统组成风电场应用的SV G 由启动单元、连接变压器、IGBT 模块、FC 单元、控制单元等部分组成,见图5。
3.2.1 连接变压器受目前大功率IGBT 技术限制,对于风电场广泛采用的35kV 母线系统,一般采用35/10变压器的形式实现SVG 功能。
3.2.2 IGBT 模块SVG 的功率单元采用链式IGBT 结构,将多个两电平H 桥电路串联起来,达到电压叠加的目的。
H 桥电路如图6所示:图6 SV G 的T G BT 原理接线图3.2.3 FC 单元目前,用于风电SVG 的IGBT 模块已经可以满足±50M W 的无功调节能力,但增加IGBT 模块将提高整套系统造价,同时考虑到风电场异步发电机主要补偿容性无功的特点,目前广泛采用的是用SVG 并联FC 的形式,例如,某该项目需要调节20M Var 无功功率,则配置±10M Var 的SVG ,并联10M Var 的FC 的解决方案。
3.2.4 控制单元SVG 控制系统一般采用DSP 芯片,实时跟踪计算电网无功功率及电压、谐波情况,实现动态补偿。
每套SVG 控制柜包含运算单元,触发单元、监控单元、同步单元和站控单元。
4 无功补偿装置的功能特性比较T CR 型SVC 与SVG 的功能特性比较见表1。
5 结论通过以上比较,SVG 包含T CR 型SVC 装置的一切功能,同时体积更小,响应速度更快,补偿能力更强;SVG 具备T CR 型SVC 没有的功能,能动态补偿谐波。
另一方面,SVG 的市场价格也在随着规如采用97 2012年第23期 牛若涛 风电场动态无功补偿装置性能分析与比较汽包就地水位计放水门泄漏对水位指示影响阿其图(大唐国际内蒙古托克托发电有限公司,内蒙古呼和浩特 010206) 摘 要:汽包水位是锅炉运行的一个非常重要的监控参数,汽包水位的正常与否决定着机组的运行安全,同时汽包水位的调整对机组运行经济性也有很大影响,与锅炉蒸汽品质有着直接关联。
该文介绍了在汽包水位偏差较大时,如何判断其成因,并根据汽包就地水位计的连通器水位指示原理对汽包就地水位计放水门内漏对水位指示影响进行针对分析,最后提出了预防汽包就地水位计放水门泄漏的注意事项。
关键词:汽包就地水位计;内漏;指示偏差;连通器原理 中图分类号:T K31 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0098—03 汽包水位是锅炉运行的一个非常重要的监控参数。
汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离装置的正常工作,造成汽包出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢,容易导致过热器烧坏、汽轮机产生水冲击;汽包出口蒸汽中水分过多会使过热汽温产生急剧变化,直接影响机组的经济性和安全性;由于负荷、燃烧工况及给水流量的变化,汽包水位会经常变化。
众所周知,水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化和带水,造成受热面结盐,严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏;水位过低会引起排污失效,炉内加药进入蒸汽,甚至引起下降管带汽,影响炉水循环工况,造成炉管大面积爆破。
由于汽包水位 表1T CR型SV C与SV G的功能特性比较表功能与特性T CR型补偿装置SV G型补偿装置补偿原理可控硅调节电抗,同时并联电容器组,属于无功补偿装置电压源型逆变器,属于无功发生装置补偿形式固定容性无功,调节感性无功,感性/容性双向调节,也可采用SV G+FC形式,使用的F C是T CR型SV C的一半谐波特性F C产生较大谐波,必须配备各次滤波支路具备滤除谐波的能力,同时可滤除负荷侧谐波占地面积相控电抗器、电容器组等一次元件多,占地面积大成套装置中包括启动柜、功率柜、连接电抗器、控制柜,占地面积小运行安全性阻抗型,易谐振可控电压源,运行安全响应速度晶闸管的开断时间10ms,整体响应时间20-40ms之间IGBT开断时间小于2us,整体响应时间10m s以内系统损耗相控电抗器损耗0.9～1%,加上晶闸管、滤波支路损耗,总损耗1.2%以上主要是连接变压器损耗和IG BT损耗,总损耗0.8%系统调节能力如增加感性无功的调节能力,需更换相控电抗器采用IGBT功率模块N-1运行方式,增减调节容量方便。
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