中船重工第712研究所-MSVC技术方案

1、 MCR 的基本组成的基本特点 MCR 的渊源来自磁放大器以及传统的饱和电抗器，但是由于他们的响应速度慢、损耗大、噪音大、谐波大等缺点，长期以来没有得到广泛的应用，“磁阀”概念的提出，大大改善了磁控电抗器在损耗、噪音以及谐波等方面的性能，使得磁控电抗器的性能得到了突破性的改进。而控制技术与电力电子技术在磁控电抗器中的创新应用，使得传统饱和电抗器响应速度慢的缺点得到了根本性的改进，而响应速度的改进大大扩展了MCR 在动态无功补偿领域应用。这一应用，改变了动态无功补偿技术的格局，使得一种可靠性更高、谐波污染更小、全室外安装、体积更小、对环境适应能力更强的动态无功补偿装置可以在越来越多的场合替代传统

2、的SVC 装置。磁控电抗器是通过改变直流激磁进而改变铁心的饱和程度，从而达到平滑调节无功输出的目的的。磁阀式磁控电抗器与传统饱和电抗器的主要区别在于：电抗器铁心中具有小截面段，即所谓的“磁阀”；励磁采用自耦方式，降低成本，并使它在超高压场合的应用成为可能，可以实现从6-1000kV 任何电压等级的直挂电网运行，不用任何升压变压器。 下图给出了磁阀式磁控电抗器的铁心结构。 磁阀控制电抗器的铁心结构与传统的饱和电抗器全部铁心进入饱和状态不同，MCR的铁心由于采取了“磁阀”结构仅有2-3%的铁心进入饱和，其它97-98%重量的铁心完全处在与变压器相同的不饱和状态，相同容量的MCR 与传统饱和电抗器相

3、比，损耗大大下降。而下图则给出了普通的磁阀式饱和电抗器的原理示意图。 U磁阀式磁控电抗器原理示意图从图中可以看出，电抗器由一个四柱铁心和绕组组成，中间两个铁心柱为工作铁心，Nk为控制绕组，N为工作绕组。由于可控硅接于控制绕组上，其电压很低，约为系统额定电压的0.5-1%左右，以35KV 为例，励磁电压小于400V,无需任何器件的串联从而大大提高了运行可靠性。当工作绕组两端接上交流电压时，控制绕组上就会感应出相应的电压，以Nk 的匝数为N 的1%计，可控硅T1和T2上的电压仅为工作电压的1%，在电压的正半周T1导通，在电压的负半周T2导 通，通过控制T1、T2的导通角即可控制直流激磁。导通角越小

4、，ik1和ik2越大，铁心饱和度越高，电抗器的感抗越小。因此，只要控制T1和T2的导通角大小，就可以平滑的调节电抗器的容量。从图中，还可以看出，磁阀式饱和电抗器具有自耦励磁功能，省去了单独的直流控制源。磁阀式磁控电抗器的另一特点是小截面铁心处于极限饱和状态,而其他铁心则处于不饱和状态，降低了有功损耗（约为额定功率的0.6-1.3%），降低了谐波含量（约为TCR 的一半左右，通过简单的角接处理，谐波含量可以降至5%以下），噪声也比较小。MCR 的快速响应能力一直被认为是一个禁区，人们普遍认为实现MCR 20ms以下的响应速度是不可能实现的，公司通过多年的努力，通过现代控制技术与电力电子技术的结合

5、，成功将MCR 的响应速度提高到了20ms，完全可以与TCR 相媲美，基于这一技术的10KV/6800kAR的MCR 型高压动态无功补偿装置已经在山东永峰钢铁厂的轧机线上成功投运。 MCR 响应速度实拍波形1通道为电容器切除电流波形，2通道为MCR 电流波形，响应速度为20ms MCR 响应速度实拍波形1通道为电容器投入电流波形，2通道为MCR 电流波形，响应速度为20ms 作为磁控式静止型高压动态无功补偿装置的核心部件，MCR 的性能很大程度上决定了MCR 型高压动态无功补偿装置的性能，MCR 具有的高度的可靠性以及对恶劣环境的极强适应能力，很好的克服了TCR 型SVC 装置的可靠性偏低，维

6、护工作量大，对环境要求高，阀组部分必须室内安装，冷却系统复杂，需要水冷或空调冷却、以及基建投入大等缺点，该产品受到了俄罗斯、美国等国家的高度重视，美国电力科学研究院（EPRI）于2002年向美国企业推荐MCR 作为替代TCR 的新型SVC 装置。2.2 MCR型SVC 的系统组成磁控静止动态无功补偿装置由磁阀可控电抗器（MCR）、成套电容器组、控制系统（智能控制器）以及上位机监控系统（监控器）等四个主要部分组成。成套电容器组负责提供容性无功；MCR负责进行风电场所需无功精确、无级、快速、可靠的调节；控制系统负责采集电网接入点以及相关位置的模拟与开关量信息，控制MCR 的容量，电容器组的投切，分

7、析系统的电能质量信息，并对系统以及MCR 本体进行可靠的保护；上位机监控系统用于在监控室自动监控设备的运行，可对设备的运行数据进行长达6个月到1年的记录，并可形成各种统计报表，上位机监控系统可连入变电站综控系统。 远程监控单元无功补偿控制系统主回路2.2.1 MCR在本次工程里，MCR主体材料为优质硅钢片和导线，并采用长寿命设计，由于35KV 以下电压等级的生产工艺非常成熟，因此MCR 主体设备具有极高的可靠性，可以做到正常使用30年以上，只需定期进行简单的常规检查即可确保设备长期稳定运行，维护工作量极小，维护难度小，维护成本极低。由于主体设备为油浸电抗器，采用室外安装方式，基建工作量非常小，

8、基建投入降到最低。MCR 的励磁系统工作电压极低，只有不到400V 左右，容量很小，仅为MCR 容量的0.3%而已，因此采用的电力电子元件全部为低压元件，所有这些元件都高度成熟可靠，而且关键元件采用进口器件，励磁系统中的电力电子器件的触发系统采用先进的光电触发方式，主回路与控制回路隔离性能好，具有较强的抗干扰能力，光电电光转换器采用进口产品。这样励磁系统的可靠性也可以达到免维护的等级。2.2.2、成套电容器组成套电容器组是在电容器上串联特定的电抗器构成的，在本次工程里设计成串联特定电抗率的电抗器。电容器采用AAM 系列全膜高压滤波电容器，电抗器则采用干式空心电抗器，补偿兼顾滤波。编制：刘金旭

9、MCR 的基本组成 2010/5/17 2.2.3、控制系统 2.2.3.1 控制系统构成 磁控式静止型动态无功补偿装置 SVC 的控 制系统是一个基于 DSP 和 ASIC 芯片的高性能控 制系统，核心的控制算法由 DSP 和 ASIC 实现， 系统具有高度的可靠性、稳定性，具有很强的 抗干扰性能，而且运算速度极快，便于实现复 杂的控制算法。在控制算法上系统实现了分相 控制与三相控制算法，闪变治理算法，电压跌 落瞬时补偿控制算法、闭环高功率因数控制算 法，自学习开环恒无功控制算法，以及基于自 学习开环恒无功控制算法基础之上的闭环恒电 压控制算法。 系统中本地操作与监控面板采用通用计算机， 操

10、作方便， 实用美观。 系统脉冲信号的传输全部采用光纤进行，安全、可靠、抗干扰能力强。 保护系统是一套完整的用于 SVC 装置的分布式微机型继电保护装置，由 FC 回路保护系统，磁阀式可控电抗器保护系统，以及控制器保护系统三部分组成， 具有高度的可靠性。 保护系统、 控制系统以及监控系统之间通过 RS485 串行通讯 总线进行连接。 编制：刘金旭 联系方式：第 6 页 共 8 页 csic712msvc 编制：刘金旭 MCR 的基本组成 2010/5/17 （1）磁阀式可控电抗器保护系统：速断、过电流、过负荷、过电压、欠压、 缺相、不平衡、轻瓦斯、重瓦斯、高温报警，超

11、温保护、压力释放、通讯故障、 励磁单元过温、快熔故障等。 （2）滤波电容器组保护系统：过电流、电流速断、过电压、欠电压、电容 器内熔丝保护、操作过电压保护，差压保护等。 （3）控制系统：控制器故障、通讯故障、电源故障。 2.2.3.2 控制算法 针对负载需求，控制器采用自学习开环高功率因数控制与小范围闭环控制 算法保证高功率因数，控制器采集系统电压、系统电流、MCR 电流等信息，采用 先进的瞬时无功算法，快速获得系统对 MCR 的无功需求，这一需求通过具有自 学习功能的开环励磁控制系统，在 0.5ms 时间之内准确地给出 MCR 的励磁方案 与信号，经过光纤隔离之后，送至 MCR 驱动单元，确

12、保 MCR 在获得励磁信号之 后 10ms 之内，调节至给定阻抗值，从而达到无功的快速与精确控制，以达到控 制无功平衡，保持高功率因数。控制器采样高压母线的电压和电流，根据无功功 率自动控制 MCR 的容量。 控制算法框图见图 6。 ea eb ec p给定 isa isb isc q给定 isalpha p + + imca imcb imcc PI调节器 + + 0 imalpha ealpha C32 ebelta C32 isbelta Cpq q Cpq -1 imbelta C23 MCR 电抗器 MCR 驱动 光电隔离 自学习开环励 磁控制系统 ima imb imc 图 6、控制算法框图 2.2.4、 上位机监控系统（选装） 编制：刘金旭 联系方式：第 7 页 共 8 页 csic712msvc 编制：刘金旭 MCR 的基本组成 2010/5/17 上位机监控系统是通过 RS485 通讯总 线与控制系统以及保护系统相连。该系统 可以提供系统接线图状态实时显示，开关 量与模拟量监控， 提供完整保护信