基于光控晶闸管无功动态补偿技术在智能电网中的应用

殷培峰， 马 莉

(兰州石化职业技术学院 电子电气工程学院，甘肃 兰州 730060)

随着大功率电力电子器件和微控制器技术的发展，智能电网中以晶闸管为主要工作部件的动态无功补偿技术得到广泛应用，有效解决了电网无功功率的攒动、抑制系统过电压、降低系统网损，提高电力系统的稳定性。但电控晶闸管，其触发驱动电路TE板工作在高压电气环境中，受强电磁干扰，阀组的准确触发和可靠性下降[1]，若采用光控晶闸管作为阀组的核心功率器件，由于光脉冲不经过光电转换而直接送到晶闸管元件的门极光敏区，以触发晶闸管阀片，可实现触发保护系统与高压阀组的隔离，避免高压产生的电磁干扰，进而保证阀组触发的准确性和阀组的可靠性[2]，提高无功补偿器的补偿能力，减少电力传输中功率损耗，最大限度的发挥输电系统的输送能力。

1 电控晶闸管误触发造成静止无功补偿器(SVC)可靠性下降的原因分析

当触发驱动电路TE板，受强电磁干扰，使阀组误触发，如在0°出现误触发脉冲，会引起晶闸管的瞬态过电流，导致晶闸管发热严重而损坏[3]。如图1(c)所示。

(a)系统图

(b)α=90°正常工作时的电流波形

(c)α=0°触发时的电流波形

(2)

(3)

当t=t(0)，i=0，C=U2m/ωL，由(2)式和(3)式可得：

(4)

2 采用光控晶闸管提高SVC装置抗干扰性和运行可靠性的机理分析

光控晶闸管是把传统的电栅变为光栅，其触发模式为光信号触发，具有触发功率小、触发一致性好和抗电磁干扰能力强等优点，是动态无功补偿技术、高压直流传输系统的重要组成部分[4]。

光控晶闸管技术的核心是光脉冲不经光电转换而直接送到晶闸管元件的门极光敏区，以触发晶闸管阀片[5]。如图2所示，图2(a)为光控晶闸管结构图，图2(b)为等效电路。等效电路从左到右的PNP和NPN三极管依次构成光栅处晶闸管、放大晶闸管和主晶闸管，与电控晶闸管在阀片特性上有明显的改变[6]。光控晶闸管在光信号源、光脉冲传输和监控保护技术等方面有独特的技术特点，如光触发单元采用激光二极管器件，以保证触发信号的可靠性；光接收单元接收每个晶闸管的工作状态电压回报信号，通过光纤以光信号的形式发送至控制系统，实现了触发保护系统与高压阀组的隔离，避免了高压产生的电磁干扰问题[7]。如表1所示，为光控晶闸管与电控晶闸管的主要技术参数比较，可以看出光控晶闸管阀组的控制触发和保护部分的电子元件数量大大减少，从而保证阀组触发的准确性和阀组的可靠性。

图2 光控晶闸管结构图与等效电路

表1 光控晶闸管与电控晶闸管的主要技术参数比较表

3 使用光控晶闸管技术的SVC装置产生的综合效益分析

使用光控晶闸管技术的SVC装置，接网技术采用直接接于母线方式，避免了通过主变接入系统，无降压变压器，无变压器运行损耗，减少运行维护费用，减少占地面积，有利于降低投资成本和节能降耗[8]。采用光控晶闸管技术的SVC接网技术，对比电控晶闸管技术的SVC接网技术，总体可以节约综合造价10%～20%，这对于投资几千万的无功补偿器装置来讲是极其客观的。

使用光控晶闸管技术的SVC装置，将正向过压保护器(BOD)封装到晶闸管内部，减少高压电气环境下的强电磁干扰，保证阀组得到100%准确触发和保护[9]，提升供电系统的可靠性。

4 结束语

电力系统中以光控晶闸管为主要工作部件的动态无功补偿技术的广泛应用，降低了系统一、二次电网损耗，减少运行维护费[10]用；降低了电网电压的波动幅度，改善了电力系统无功潮流的分布，减少了非线性负荷引起的电压波动和谐波干扰；保证阀组触发的准确性和阀组的可靠性，提高无功补偿器的补偿能力，对稳定电力系统安全运行具有重要意义。