[发明专利]一种变电站多侧电压无功协调优化控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种变电站多侧电压无功协调优化控制系统，特别涉及一种基于虚拟气隙的可控电抗器，将虚拟气隙的可控电抗器分别直挂中低压两侧母线，提供感性无功补偿，且在低压侧配置电容器组，实现感性至容性无功的连续调节，对变电站多侧电压无功协调优化综合控制。

背景技术

电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及用电设备的安全和寿命，有重要的影响。无功优化是实现系统经济运行的要点，而电压和无功功率的调节具有紧密的联系。电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡，无功不足会引起电压偏低，反之会使得电压偏高，因此有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，还能提高电力系统运行的稳定性和安全性，获得较好的经济效益。

传统的变电站电压无功控制系统是对单侧的无功补偿装置进行控制，普遍采用调节变压器分接头、投切电容器组等。近年来，静止无功补偿装置SVC的应用实现了无功的连续平滑调节，达到了电压无功的动态自动补偿控制。据相关文献报道，静止无功补偿装置SVC由电容器组和可控电抗器组成，应用较广的晶闸管控制电抗器TCR由反向并联的晶闸管与电感串联，通过控制晶闸管开通角，调节电感电流，从而实现无功功率的连续调节。由于晶闸管两端为母线电压，受电力电子器件特性所限，仅用于35kV及以下电压等级。当反向并联晶闸管的实际触发角度存在控制偏差时，晶闸管控制电抗器TCR输出电流会含有直流分量，对电力变压器、互感器等电力设备的运行将产生危害。

另外，由于晶闸管控制电抗器TCR采用相控方式，产生的谐波不可忽视。为消除或抑制TCR的谐波电流多采用外部抑制法，如：①LC无源滤波器：价格高、重量大、占地大；②分组控制和多重化：结构复杂、控制繁琐。

目前应用较多的晶闸管控制电抗器TCR型SVC受电压等级和容量所限，不能直接接入高电压等级电网。大多仅以功率因数或是某个等级的电压或功率因数作为目标，控制目标相对单一，未能充分考虑系统的复杂性，难以实现较好的多目标优化控制。需要研究大容量、高电压等级、低谐波的动态无功补偿装置。

当SVC用于变电站时往往经由变压器的低压母线接入系统，在不同的系统运行方式和不同负荷水平下，SVC对于各侧的电压调节不一定同步，可能出现高压侧偏低而低压侧偏高或高压侧正常而低压侧偏低等复杂情况。

在高压配电网中，220kV变电站多采用三绕组变压器，如：220kV/110kV/10kV或220kV/110kV/35kV，有多个电压等级的线路。电压无功调节主要通过变压器高压侧分接头和低压侧无功补偿装置配合调节来实现。在这种方式下的主要缺点在于：一方面，很难应对各侧电压无功调节不一致的复杂情况，更难以同时兼顾各侧电压无功的精确控制；另一方面，通过低压侧的无功补偿装置来补偿中压侧的无功导致大量无功穿越变压器，造成电能损耗，影响变压器的经济运行和使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种变电站多侧电压无功协调优化控制系统，采用中压侧的可控电抗器MCR和低压侧的可控电抗器MCR型静止无功补偿装置MSVC进行协调优化控制。

本发明采用的技术方案是：一种变电站多侧电压无功协调优化控制系统，该控制系统包括中压侧的可控电抗器MCR、低压侧的静止无功补偿装置MSVC、中低压母线及电压电流互感器，在中低压两侧母线和低压侧配置电容器组分别挂有虚拟气隙的可控电抗器。

所述虚拟气隙的可控电抗器是在原普通铁心电抗器的气隙中填入非线性铁磁材料，所述非线性铁磁材料为铸铁、硅钢片、镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、坡莫合金以及纳米材料，通常选用其中多种材料，根据设计需要由多个一定截面和高度的柱体铁磁体段填入不同铁芯的空气气隙中，填入铁芯的空气气隙中非线性材料的量，主要指铁磁体段的面积和高度，这两个参数与不同铁芯的设计类似，满足整个铁芯的磁导率随控制量变化特性的要求即可，因此，非线性铁磁材料填入的量并不唯一确定，通过改变直流控制电流励磁产生的直流磁通，改变所填充的铁磁材料磁导率，该直流磁通与铁芯中的交流磁通同向叠加或抵消，随着填充的铁磁材料磁导率的改变，电抗值发生变化，实现虚拟气隙可控电抗器的容量可调，故又称为虚拟气隙可控电抗器。

所述虚拟气隙可控电抗器的绕组结构是边柱上对称地绕有两个线圈，上下两个线圈都有抽头，抽头之间接有可控硅T₁、T₂，不同铁心的上下两个绕组交叉连接后并联至电网，