榮俊峰

（杭州銀湖電氣設(shè)備有限公司，杭州 311400）

1 智能電網(wǎng)概述

所謂智能電網(wǎng)，以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。由美國在2001年由EPRI最早提“Intelligrid”（智能電網(wǎng)），并開始研究，目前，“智能電網(wǎng)”被大家普遍接受的術(shù)語和稱謂為“The Smart Grid”（DOE，USA，2008）。

中國國家電網(wǎng)公司給智能電網(wǎng)的定義是，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動化、互動化為特征的統(tǒng)一堅強智能化電網(wǎng)。

中國國家電網(wǎng)自2009年5月向社會公布“智能電網(wǎng)”發(fā)展計劃以來，先后編制完成《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃》、《智能電網(wǎng)技術(shù)標準體系規(guī)劃》等標準體系。截至目前，國家電網(wǎng)制定了15項智能變電站標準，申請專利126項，形成了世界首個智能變電站系列技術(shù)標準。

同時，國家電網(wǎng)已在26個?。▍^(qū)、市）建設(shè)電動汽車充換電設(shè)施，包括87座標準化充換電站、5179臺充電機和7031臺交流充電樁，減少對石油的消耗。國家電網(wǎng)還在25個?。▍^(qū)、市）建成智能用電信息采集系統(tǒng)，為引導居民經(jīng)濟用電、合理用電奠定了基礎(chǔ)。可以說，經(jīng)過兩年建設(shè)，堅強智能電網(wǎng)在推動設(shè)備制造、清潔能源利用、低碳生活等方面均開始發(fā)揮顯著作用。

今年我國堅強智能電網(wǎng)進入全面建設(shè)階段，國家電網(wǎng)將推廣建設(shè)11類智能電網(wǎng)試點工程，其中包括接納風電容量2000萬kW。相關(guān)項目包括建成智能變電站67座；在19個城市核心區(qū)建成配電自動化系統(tǒng)；推廣應(yīng)用5000萬具智能電表；新建173座電動汽車充換電站；完成25個智能小區(qū)/樓宇建設(shè)；推廣建設(shè)6.2萬戶電力光纖到戶；完成中新天津生態(tài)城智能電網(wǎng)綜合示范工程建設(shè)；制定智能電網(wǎng)標準88項。

國務(wù)院總理溫家寶2011年3月5日在十一屆全國人大四次會議上作政府工作報告時指出：加強現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)和綜合運輸體系建設(shè)，積極推動能源生產(chǎn)和利用方式變革，提高能源利用效率。推進傳統(tǒng)能源清潔利用，加強智能電網(wǎng)建設(shè)，大力發(fā)展清潔能源。統(tǒng)籌發(fā)展、加快構(gòu)建便捷、安全、高效的綜合運輸體系。

2 智能電網(wǎng)對功率補償?shù)囊?/h2>

建設(shè)智能電網(wǎng)的主要目的是為了降低能源損耗，提高電網(wǎng)的可靠性，并具有自愈功能。

1）基于柔性交流系統(tǒng)（FACTS）的理論。電力電子式開關(guān)必將取代傳統(tǒng)的機械開關(guān)，同時也要求電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)柔性無功補償，SVC裝置采用可控硅控制可調(diào)電抗器（MCR）的輸出容量，實現(xiàn)無功功率的連續(xù)可調(diào)，內(nèi)部無機械動作過程，真正實現(xiàn)了柔性無功補償。

2）基于無功就地平衡理論。要求在一定區(qū)域內(nèi)對無功功率實現(xiàn)就地平衡，也就是說對無功功率實現(xiàn)動態(tài)跟蹤和無級調(diào)節(jié)，最大限度降低無功功率，以減少功率損耗，傳統(tǒng)的分組投切電容器技術(shù)由于是階梯型調(diào)節(jié)方式，不可避免存在過補、欠補現(xiàn)象，不符合未來智能電網(wǎng)的需求。

3）基于電壓無功綜合控制理論。要求在電網(wǎng)電壓暫降的時候，無功補償裝置能夠快速調(diào)節(jié)輸出容量，以支撐電網(wǎng)電壓，避免電網(wǎng)崩潰，是智能電網(wǎng)自愈功能的一項內(nèi)容。

4）基于智能化電網(wǎng)的要求。補償裝置（其他設(shè)備也應(yīng)包含）的控制部分必須具備智能通信功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)控。

3 磁控式動態(tài)補償裝置（M SVC）在“智能電網(wǎng)”中的應(yīng)用

3.1 無功補償概述

傳統(tǒng)上無功補償主要有固定補償和分組投切電容器，固定補償由于容量無法調(diào)節(jié)，容易過補和欠補；而分組投切裝置將電容器分成若干組，由控制器根據(jù)系統(tǒng)無功變化控制電容器組的投切，其調(diào)節(jié)方式是離散的，不能取得理想的補償效果，開關(guān)投切電容所造成的涌流和過電壓對系統(tǒng)和設(shè)備本身都十分有害，不能滿足未來智能電網(wǎng)對無功補償?shù)囊蟆?/p>

相控式動態(tài)補償裝置雖然可以實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)調(diào)節(jié)，但由于其價格昂貴、占地面積大、后期運行維護成本高而不能大量推廣使用；SVG雖然技術(shù)先進，但在實際運行中穩(wěn)定性差，有待進一步成熟，目前僅有少量試運行；磁控式動態(tài)補償裝置（MSVC）具有占地面積小、可靠性高、免維護、性價比高等特點，已經(jīng)在煤炭、鐵路、風電、冶金等各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，是動態(tài)補償?shù)闹髁骷夹g(shù)。

3.2 磁控式動態(tài)補償裝置的基本原理

磁控式動態(tài)補償裝置由補償支路和磁控電抗器（簡稱MCR）并聯(lián)支路組成，其中補償支路和磁控電抗器經(jīng)隔離開關(guān)固定連接，通過調(diào)節(jié)磁控電抗器的輸出容量（感性無功），實現(xiàn)無功的連續(xù)動態(tài)補償（如圖1、圖2）

圖1 磁控式動態(tài)補償裝置一次系統(tǒng)圖

圖2 磁控式動態(tài)補償裝置補償效果圖

磁控式動態(tài)補償裝置與其他動態(tài)補償技術(shù)相比，主要區(qū)別在于磁控電抗器（MCR），磁控電抗器采用直流助磁原理，利用附加直流勵磁磁化鐵心，改變鐵心磁導率，實現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，其內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無運動部件，工作可靠性高。

圖3 單相磁控電抗器鐵心結(jié)構(gòu)示意圖

磁控電抗器控制原理接線圖如圖4所示。在磁控電抗器的工作鐵心柱上分別對稱地繞有兩個線圈，其上有抽頭，它們之間接有可控硅T1、T2，不同鐵心的上下兩個主繞組交叉連接后并聯(lián)至電源，續(xù)流二極管D接在兩個線圈的中間。

圖4 磁控電抗器原理接線圖

當磁控電抗器主繞組接至電源電壓時, 在可控硅兩端感應(yīng)出1% 左右的系統(tǒng)電壓。在電源電壓正半周觸發(fā)導通可控硅T1，形成圖5（a）所示的等效電路，在回路中產(chǎn)生直流控制電流；在電源電壓負半周觸發(fā)導通可控硅T2，形成圖5（b）所示的等效電路，在回路中產(chǎn)生直流控制電流。兩個可控硅在一個工頻周期輪流觸發(fā)導通，產(chǎn)生直流控制電流，使電抗器工作鐵心飽和，輸出電流增加。磁控電抗器輸出電流大小取決于可控硅控制角，控制角越小，產(chǎn)生的控制電流越強，從而電抗器工作鐵心磁飽和度越高，輸出電流越大。因此，改變可控硅控制角，可平滑調(diào)節(jié)電抗器容量。由上分析可知, 磁控電抗器具有自耦勵磁功能,省去了單獨的直流控制電源。

圖5 可控硅導通等效電路

3.3 磁控電抗器的基本特點

1）磁控電抗器不需要外接直流勵磁電源，完全由電抗器的內(nèi)部繞組來實現(xiàn)自動控制。

2）通過控制晶閘管的控制角進行自動控制，可實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，并且從最小容量到最大容量的過渡時間很短（30～100ms），因此可以真正實現(xiàn)柔性補償。

3）控制元件為低壓晶閘管，其端電壓僅為系統(tǒng)電壓的1%～2%，無需傳并聯(lián)，運行時不需要承受高電壓、大電流，安全可靠，發(fā)熱量很小，自然冷卻即可，無需輔助冷卻設(shè)備。

4）自身諧波含量少，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生二次污染。

5）即使晶閘管或二極管損壞，磁控電抗器也僅相當于一臺空載變壓器，不影響礦井安全生產(chǎn)。

6）經(jīng)濟優(yōu)勢明顯：后期免維護；磁控電抗器結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，基礎(chǔ)投資大大壓縮；MSVC自身有功損耗低，僅為TCR的50%。

綜上所述，隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進以及國家大力提倡節(jié)能降耗，采用合理的補償方案和技術(shù)，實現(xiàn)無功優(yōu)化，是電力系統(tǒng)的一個重要課題。磁控式動態(tài)補償裝置（MSVC）無論從補償效果還是運行成本等各個方面，都具有明顯的優(yōu)勢，必將在未來電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

[1] 羅安.電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術(shù)及設(shè)備[M].北京:中國電力出版社,2006.

[2] 陳柏超.新型可控飽和電抗器理論及應(yīng)用[M].武漢:武漢水利電力大學出版社,1999.

[3] 林海雪,孫樹勤.電力網(wǎng)中的諧波[M].北京:中國電力出版社,1998.

[4] 王兆安,楊君,劉進平.諧波抑制和無功功率補償[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

[5] 程浩忠,電網(wǎng)諧波及其對無功補償?shù)挠绊慬J].華東電力, 1997(3):16-17.

[6] Fuita H,Akagi H. A Practical Approach to Harmonnic Compensation in Power Systems-Series Connection of passive and Active Filter.In:IEEE IAS Annual Meeting Conference Record,1990:1107-1112.

[7] 仇潤鶴,吳震春.電力諧波濾波器設(shè)計與調(diào)試[J].電工技術(shù)雜志,2001(1):44-45.

[8] 徐政.基于晶閘管的柔性交流輸電控制裝置[M].北京:中國機械工業(yè)出版社,2005.4.