基于光控晶閘管無功動態補償技術在智能電網中的應用

殷培峰， 馬 莉

(蘭州石化職業技術學院 電子電氣工程學院，甘肅 蘭州 730060)

隨著大功率電力電子器件和微控制器技術的發展，智能電網中以晶閘管為主要工作部件的動態無功補償技術得到廣泛應用，有效解決了電網無功功率的攢動、抑制系統過電壓、降低系統網損，提高電力系統的穩定性。但電控晶閘管，其觸發驅動電路TE板工作在高壓電氣環境中，受強電磁干擾，閥組的準確觸發和可靠性下降[1]，若采用光控晶閘管作為閥組的核心功率器件，由于光脈沖不經過光電轉換而直接送到晶閘管元件的門極光敏區，以觸發晶閘管閥片，可實現觸發保護系統與高壓閥組的隔離，避免高壓產生的電磁干擾，進而保證閥組觸發的準確性和閥組的可靠性[2]，提高無功補償器的補償能力，減少電力傳輸中功率損耗，最大限度的發揮輸電系統的輸送能力。

1 電控晶閘管誤觸發造成靜止無功補償器(SVC)可靠性下降的原因分析

當觸發驅動電路TE板，受強電磁干擾，使閥組誤觸發，如在0°出現誤觸發脈沖，會引起晶閘管的瞬態過電流，導致晶閘管發熱嚴重而損壞[3]。如圖1(c)所示。

(a)系統圖

(b)α=90°正常工作時的電流波形

(c)α=0°觸發時的電流波形

(2)

(3)

當t=t(0)，i=0，C=U2m/ωL，由(2)式和(3)式可得：

(4)

2 采用光控晶閘管提高SVC裝置抗干擾性和運行可靠性的機理分析

光控晶閘管是把傳統的電柵變為光柵，其觸發模式為光信號觸發，具有觸發功率小、觸發一致性好和抗電磁干擾能力強等優點，是動態無功補償技術、高壓直流傳輸系統的重要組成部分[4]。

光控晶閘管技術的核心是光脈沖不經光電轉換而直接送到晶閘管元件的門極光敏區，以觸發晶閘管閥片[5]。如圖2所示，圖2(a)為光控晶閘管結構圖，圖2(b)為等效電路。等效電路從左到右的PNP和NPN三極管依次構成光柵處晶閘管、放大晶閘管和主晶閘管，與電控晶閘管在閥片特性上有明顯的改變[6]。光控晶閘管在光信號源、光脈沖傳輸和監控保護技術等方面有獨特的技術特點，如光觸發單元采用激光二極管器件，以保證觸發信號的可靠性；光接收單元接收每個晶閘管的工作狀態電壓回報信號，通過光纖以光信號的形式發送至控制系統，實現了觸發保護系統與高壓閥組的隔離，避免了高壓產生的電磁干擾問題[7]。如表1所示，為光控晶閘管與電控晶閘管的主要技術參數比較，可以看出光控晶閘管閥組的控制觸發和保護部分的電子元件數量大大減少，從而保證閥組觸發的準確性和閥組的可靠性。

圖2 光控晶閘管結構圖與等效電路

表1 光控晶閘管與電控晶閘管的主要技術參數比較表

3 使用光控晶閘管技術的SVC裝置產生的綜合效益分析

使用光控晶閘管技術的SVC裝置，接網技術采用直接接于母線方式，避免了通過主變接入系統，無降壓變壓器，無變壓器運行損耗，減少運行維護費用，減少占地面積，有利于降低投資成本和節能降耗[8]。采用光控晶閘管技術的SVC接網技術，對比電控晶閘管技術的SVC接網技術，總體可以節約綜合造價10%～20%，這對于投資幾千萬的無功補償器裝置來講是極其客觀的。

使用光控晶閘管技術的SVC裝置，將正向過壓保護器(BOD)封裝到晶閘管內部，減少高壓電氣環境下的強電磁干擾，保證閥組得到100%準確觸發和保護[9]，提升供電系統的可靠性。

4 結束語

電力系統中以光控晶閘管為主要工作部件的動態無功補償技術的廣泛應用，降低了系統一、二次電網損耗，減少運行維護費[10]用；降低了電網電壓的波動幅度，改善了電力系統無功潮流的分布，減少了非線性負荷引起的電壓波動和諧波干擾；保證閥組觸發的準確性和閥組的可靠性，提高無功補償器的補償能力，對穩定電力系統安全運行具有重要意義。