MSVC在海上风电领域的应用优势分析

磁控电抗器式静止型动态无功补偿及谐波治理成套装置(MSVC) 在海上风电领域的应用优势分析 一 概述 在电力系统的各个领域中，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，电力设备不能在额定工况下运行，不能达到额定出力，从而影响用电设备的正常运行。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中的不同位置要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。 无功功率补偿对电力系统具有重要意义，概括起来有： （1） 提高发电机设备的有功输出能力； （2） 稳定系统电压，维持系统电压基本不变； （3） 提高输、变电设备的供电能力。 （4） 提高供电系统及负载的功率因数，提高设备带载能力； （5） 抑制电压闪变； （6） 在能源日趋紧张，响应节能减排的时代背景下，降损节能又有着很高 的经济意义。 因而合理配置无功补偿（包括使用场合、容量设计和采用型式选择）是电力系统规划和设计中一项重要内容。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低损耗，使电力系统能够安全经济运行。 传统的无功补偿装置有同步调相机、并联电容器等。同步调相机（Synchronous Condenser-SC）是专门用来产生无功功率的同步机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的容性或感性无功功率。由于它是旋转电机，损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，在很多情况下已经不能满足快速无功功率控制的要求。并联电容器是无功补偿的传统方法之一，其结构简单，费用低廉。然而，并联电容器不能动态紧密跟踪负载无功需求的变化，只能补偿输出比较固定的无功功率，可调节范围小，且当系统中存在谐波时，还有可能发生并联谐振，导致谐波放大。除此之外，随着各种用电设备越来越多样化，对三相供电系统来说，除了存在大量的对称负荷外，还有许多不对称负荷，譬如电气化铁路和电弧炉等，以致造成系统三相负荷不均衡。三相电压电流不平衡会对电力系统和用户造成一系列的危害，其中主要有：引起旋转电机的附加发热和振动，危及其安全运行和正常出力；引起以负序分量为启动元件的各种保护装置发生误动作（特别是当电网中同时存在谐波时），这对电网安全运行具有严重威胁。 由于传统无功补偿装置自身的局限性，从20世纪70年代开始逐渐被静止无功功率补偿装置（Static Var Compensator-SVC）所取代。饱和电抗器（Saturated Reactor-SR）属于早期的静止无功补偿装置，其铁心工作在饱和状态，因而损耗和噪声都很大，而且存在一些非线性电路的特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，故此未能占据静止无功补偿装置的主流。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，使用晶闸管的静止无功补偿装置逐渐取代上述补偿装置成为首选 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。这类静止无功补偿装置没有旋转元件、可靠性相对于传统的调相机较高，可以根据电网无功的实时需求连续调节无功功率的输出，从而实现系统无功功率的动态补偿。具有快速响应性，可频繁动作性，以及分相补偿的能力，可应用于大型冲击性、快速周期波动、不平衡以及非线性负荷的动态无功补偿领域，改善电能质量。因此，近十年来，在世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，已占据了无功补偿器的主导地位,由于其能快速响应负荷变化的特性，无功功率输出能够平滑连续输出，因此目前在风电领域得到了一定的应用。 目前较为流行且运用的静止型动态无功补偿有：TCR式的SVC,即TSVC；MCR式的SVC,即MSVC；STATCOM（SVG）。其中MSVC系统中的主要部分磁控电抗器（MCR）的电力电子部分全部密封安装在变压器油里，外部结构性能和普通电力变压器一样，其维护和对运行环境的适用性等方面也和普通电力变压器一样，完全可以户外安装，在供电系统变电站、铁路牵引变电站、煤矿系统、冶金系统、风电领域得到了广泛的应用。如果外壳做特别的防腐蚀处理，特别适用于环境严酷恶劣的海上风电的运行环境里，而TSVC系统的晶闸管阀组及多面控制柜需要安装在配电室里，对环境要求比较苛刻，需要专门建设配电房子，成本高，占地面积大，另外还需要水冷系统，需要洁净水源，故非常不适用环境恶劣的领域；STATCOM（SVG）的控制方法和控制系统很复杂，要使用数量很多大容量的全控型电力电子元件，如IGBT、IGCT或者IEGT等，对环境要求同样比较苛刻，需要专门的配电间，也同样需要强迫风冷或者水冷系统，风冷的话就需要安装空调，增加成本和维护量以及能量损耗，水冷同样需要洁净水源，故也不适合应用在环境恶劣的领域。 MSVC成套装置中的磁控电抗器（MCR）目前采用最为先进的并联磁路漏磁自屏蔽和自藕式直流助磁电路的设计技术，使磁控电抗器真正实现了结构可靠、制造工艺简单、产品性能先进，成本低等优良的技术经济指标，解决了目前各类可控电抗器成本高、生产效率低、温升高、噪音大、难以在实际生产中应用等问题。目前，正在将此项技术广泛应用在电网节能、提高电能质量、提高电网运行可靠性和用户用电安全、设备节能、新能源并网等方面。目前针对不同的安装场所研制开发出应用于不同行业、具有不同功能的新型磁控电抗器成套技术和新产品。 针对海上风电设备的严酷工作环境，目前重点从防腐蚀、防盐雾、防潮湿、防霉菌的环境特性着眼，研制开发出能在海上长期运行的产品，满足该行业的市场需求。这种装置具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高﹑价格低﹑占地面积小、适应恶劣环境、很皮实等显著优点，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高，是海上风电场理想的动态无功补偿和电压调节设备。 二 对海上风电领域风电设备的技术要求 随着我国风电产业的蓬勃发展，海上风场环境的复杂性，风电设备的严酷工作环境，除满足基本的设备技术性能外，还必须从防腐蚀、防盐雾、防潮湿、防霉菌的环境特性着眼，研制开发出能在海上长期运行的产品。满足该行业的市场需求。 相比陆上风电，海上风电的使用环境大不相同，这就对风电设备等提出了不同的要求，从技术的角度来说，这种要求要更苛刻一些。从另一种角度来看，其实相当于设置了新的技术门槛。海上风电的主要特点是装机容量更大以及抗腐蚀等。由于海洋环境远比陆地复杂，解决海上风电的任何小问题都要付出很大代价。而且后期的维护也很重要，海上的风中是含盐的，所以腐蚀性很强，这对海上风电设备的抗腐蚀提出了新的要求，也为后期的维护提出了新的要求，所以必须有相应的方案来解决这些问题。 自动化产品必须具备防腐蚀、防盐雾、防潮湿、防霉菌的特性，这是应用在海上风电项目上自动化产品的基本要求。同时，若要提升自动化产品的可靠性，必要的冗余设计十分重要。一种方式是提高安全系数，另一种方式是对一些部件进行备份，在部件发生故障后，备份部件可以代替原来的部件继续运行。这有效地降低了运营风险与维修成本。 提升风电设备防腐蚀的技术成为当务之急，未来引入风电防腐市场，可极大提高风电设备的防腐蚀性能，延长设备保护期限、减少维护成本。未来我国风电设备将会成为我国乃至世界新能源的代表。由于我国海上风力发电场所处的地域宽广，设备会遭遇到各种恶劣环境的侵蚀，如风沙、紫外光辐射、温差、雨雪、结冰等，而且还长期受到水汽、盐雾侵蚀及海浪的冲击，发生腐蚀问题，因此，为保证风电装备20年的正常服务寿命，必须采取相关的保护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，而涂料保护是其中最为重要的一个环节。 目前风电设备保护涂料已主要在国内生产，这其中既包括传统的外资品牌，也包括许多国内新兴涂料企业的产品，但由于风电装备仍处于向大型化方向快速发展的阶段，这对涂料产品也提出了新的挑战。设备采用高质量的保护涂料，可极大提高风电设备的防腐蚀等性能，延长设备保护期限、减少维护成本。这就要求我国的涂料市场经常更新换代，不断推出重防腐、绿色环保、耐磨损等更高质量和性能的产品来，为推动我国风电产业起到积极的作用。 三 几种静止型动态风电无功补偿设备的综合技术分析 1、TCR式SVC（即TSVC） 1）TCR式SVC国内外发展现状 国外对这方面的研究始于1977年，美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了其使用晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院（Electric Power Research Institute）的支持下，西屋电气公司（Westing house Electric Corp）制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行。之后世界各大电气公司都竞相推出了系列产品。近十多年来，SVC在世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，已经占据了静止无功补偿装置的主导地位。目前世界上几个著名的电气生产商（如瑞士ABB公司、德国西门子公司、法国阿尔斯通公司、美国通用电气公司以及日本东芝、三菱等公司）在SVC装置的研制方面都具有较为成熟的技术和经验。其中以ABB公司在其中的份额最大。截至到2005年9月，ABB公司已经给世界各国提供近400套SVC装置。西门子公司对基于晶闸管控制技术的无功补偿技术的研究也起始于上世纪70年代，第一套SVC产品（TCR型）于1980年被订购。目前，生产的SVC产品达到100多套，总容量7702MVA，涉及19个国家。西门子还在美国的Nucor安装了世界最大的SVC系统，容量达410Mvar。 我国输电系统早在1981年就将ABB公司的第九套和第十套SVC引进，投入凤凰山变电站，至1990年总共有五个500kV变电站（广东的江门、湖南的云田、湖北的凤凰山（两套）、河南的小刘以及辽宁的沙岭）采用6套进口SVC装置，容量在105～170Mvar之间，每套设备的费用大约在150-275 万美元（当时价）。鞍山某公司于90年代引进乌克兰TCR型SVC技术，采用热管散热、电磁触发，控制器采用单片机等一系列技术，由于总体技术落后，但是相对进口产品价格较低，在国内钢铁行业推出得到了较广泛的应用。1999年中国电科院在原国家电力公司的资助下开始了“静止无功补偿器实用化技术的研究”，引进ABB、西门子的技术，并在2002年推出了TCR平台，采用了全数字化控制、封闭式纯水冷却、综合自动化、光电触发等技术，并将其成功运行于电弧炉的治理工程。目前中国已能生产配电网用的SVC，价格一般约为200～300元/kvar。但就输电网而言，用于35 kV 以上高电压等级输电系统大容量的SVC国内尚不具备制造能力，特别是关键技术的系统集成能力。 2）基本原理介绍 TCR式SVC是并联无功补偿装置中的一种，它通过控制晶闸管的导通角α来控制电抗器在一周波内投入时间的长短，从而控制流过电抗器的电流的有效值，这相当于通过调节电抗的大小，来达到控制其吸收的无功功率大小的目的。 TCR式SVC一般由晶闸管控制电抗器（TCR）支路和几组LC滤波支路组成，兼顾滤波和动态无功补偿。TCR+FC型动态无功补偿器的单相原理图如图1所示。 其中的LC支路为固定连接，TCR支路采用触发延迟控制，形成连续可控的感性电抗，通常TCR的容量大于FC的容量，以保证既能向系统输出容性无功，也能输出感性无功。 由图1可得稳态下系统无功和谐波电流平衡方程： （1） 继续阅读