［3］ABB高电压技术有限公司．HECS型SF6断路器成套设备安装、维护、使用说明书
［4］李召家．我国开关设备的发展概况和发展趋势
作者简介：
付廷勤，男，1968年出生。工程硕士，高级工程师，现刘家峡水电厂总工程师。长期从事水力发电厂机组运行维护管理工作。通讯地址：甘肃省永靖县刘家峡水电厂；邮编：731600；电话：0930～88432198；E—mail：futingqin@163．com。
吴天存，男，1976年1月出生。大学本科，工程师，现刘家峡水电厂生产技术部高压专责，十年来一直从事电厂一次设备试验及检修管理工作。通讯地址：甘肃省永靖县刘家峡水电厂生技部；邮编：731600；电话：0930～8843218：E—mail：wtcun666666@163．com。
水轮发电机组调相压水运行的经济性分析
周永平
（刘家峡水电厂 永靖 731600）
摘要：水电厂的水轮发电机组一般具有很强的进相运行能力，并且它们的进相运行对降低系统母线电压作用显著；其次由于电网安全运行的需要，必须留有部分旋转备用容量，这一部分旋转备用容量一般都由水电厂承担。因此水电厂就承担了系统的空转备用和空载调压任务。由于水轮发电机组空载运行有几十个流量的水能消耗，故空载运行时间越长则消耗的水能就越多，要解决好系统调压及旋转备用和空载耗水这一对矛盾，就有必要研究水轮发电机组的调相压水运行问题。本文从经济运行的角度，以刘家峡水电厂5号机组为例分析了调相压水运行的经济性。
关键词：水轮发电机组 调相压水 经济运行
1概述
刘家峡水电厂地处西北电网的中心地带，是西北电网的主力电厂。它位于甘肃省永靖县境内的黄河干流上，是我国六十年代自己设计、自己施工、自己制造、自己安装的第一座百万千瓦级的大型水电站。厂内共安装5台水轮发电机组，原5号水轮发电机组是我国制造的第一台容量最大的双水内冷式水轮发电机组，该机组自1973年投运以来，由于多方面的原因，其实际出力都在260MW以下运行，再加上经过二十多年的运行，转轮的裂纹不断增多加长，定、转子线棒绝缘能力降低，机组小修周期不断缩短，使得5号机的安全、稳定运行情况难以为继，所以刘家峡水电厂经有关部门批准后，于1999年11月将原5号机整机报废，通过引进国外技术，将5号水轮发电机组增容改造成出力为320MW的机组，改造后的5号水轮发电机组（后称5号机）于2000年11月8日正式并网发电。刘家峡水电厂的5号发电机出口电压为18kV，发电机的出口电压经过5号主变压器升至330kV，再由“三角形”接线方式一路直接和西北电网的330kV系统连接，另一路通过厂内的联络变压器与220kV系统连接（厂内其余四台机的母线电压为220kV）。由于刘家峡水电厂地处西北电网的中心地带，所以其出口电压的高低将直接影响到系统电压的高低。
2 5号机调相压水运行问题的提出
刘家峡水电厂中的5号发电机及其励磁部分采用的是加拿大GE水电公司的产品，GE公司对发电机的保证值是：在额定功率因数0．9不变的条件下，发电机的持续额定容量是365MVA（冷却水温度小于15℃时持续最大容量380MVA），额定有功功率320MW；在功率因数1．0的条件下，持续最大功率为365MW，机组保证安全、稳定、可靠运行。根据厂家提供的资料，5号发电机的设计进相能力可达280MVar。但是投入电力系统运行的机组其进相能力除了受到端部构件的允许温升等发电机自身进相能力的限制外，还会受到电力系统和发电机的静稳定、系统的正常电压范围、及发电机运行条件和厂用电压等因素的限制，不可能按照发电机本身的进相能力来运行。因此刘家峡水电厂在5号机投运之时，就组织有关部门对发电机作了进相试验，来确定5号发电机的进相运行范围。从5号机的进相试验可以知道：在相同的出力下，随着发电机进相深度的增加，发电机定子电流也相应地增大；5号发电机每进相20Mvar。时330kV系统母线电压可降低1kV左右。
由于西北电网的无功补偿度偏低，电抗器配置严重不足，致使330kV系统电压经常过高超标，网内的许多发电机没有做过进相试验，部分机组带无功少时运行不稳定，还要被迫多发无功，所以导致有功负荷处于低谷时系统电压过高超标。正是因为5号机的进相运行对降低330kV系统的母线电压作用非常显著（其他1—4号机组母线电压为220kV，并且没有做过进相运行试验），因此自从5号机投入运行以来，它就担负起西北电网330kV系统调压的重任。具体的讲，就是在330kV系统电压高时，刘厂5号机就进相运行，尤其在晚高峰过后，由于330kV线路空载，系统的电压过高，调度就要求刘厂5号机开机空载进相运行。由于机组在空载运行时有水量消耗，而机组空载运行时间越长，故空载消耗的水量越多；再加之近几年来，黄河来水量偏枯，设计多年平均发电量为每小时57亿kW的刘家峡水电厂，这几年的年发电量都在40亿度左右，因此就有必要充分利用水库中的每一滴来水使其创造发电效益。要使机组既能够为系统调压运行又能够减少空载耗水量，就有必要研究5号机的调相压水运行问题。
3 5号机组调相压水运行后的经济效益分析
所谓水轮发电机组的调相压水运行，就是在水轮发电机并入电力系统后，关闭水轮机的导水叶，同时向水轮机转轮室通入压缩空气，将转轮室的水位压低，使转轮在空气中旋转，以减少水轮机的阻力、电能损耗和使机组运行稳定，此时的水轮发电机变为同步电动机，从系统吸收少量的有功功率，以维持机组的同步旋转，这时可以根据系统电压的高低，来调节水轮发电机的励磁电流，把同步电动机变为同步调相机运行，使之“欠励”或“过励”运行，起到“调压”和“改善电网的功率因数”的目的。
要解决刘家峡水电厂中5号机的调压运行和空载耗水这一对矛盾，唯一的途径就是将5号机进行调相压水改造。5号机调相压水系统的改造有没有必要，其关键就是要看它改成调相压水运行后，其省水增发电效益和经济效益如何。
4 5号机组调相压水运行的附加效益
刘家峡水电厂5号机调相压水运行除直接的省水增发电效益之外，还有其他间接效益，它包括以下几个方面：
（1）5号机调相压水运行问题的解决，是刘家峡水电厂开展厂内经济运行的一个重要内容。从2001的统计结果可知，5号机的空载运行时间占整个电厂空载运行时间的1／3强，若5号机组调相压水运行后，其他机组的部分空载运行时间也可以转移到5号机组的调相运行工况下来，这样就可以降低全厂的空载运行小时数，提高水能利用率，并且5号机组的省水增发电量会比以上分析的还要多。
（2）5号机的调相压水运行，可以担当起系统调压和改善电能质量的重任，这就是在现在的运行方式下，5号机空载运行时间长的主要原因。
（3）5号机的调相压水进相运行，可以避免无功负荷不必要的超高压远距离输送，从而减少电网的有功线损，提高整个电网运行的经济性。
（4）5号机的调相压水运行，可以承担系统的旋转备用容量，从而可以使任务单一的水电厂的部分机组在低谷时停机备用，使整个电力系统的运行效益最大。
（5）5号机的调相压水运行，如果按照抽水与发电的效率比为4：3来计算，其省水效益相当于一台容量为55MW的抽水蓄能机组所抽的水量，但是其承担系统的事故备用容量和调相运行能力却是一台365MVA的水轮发电机组。
5结论
综上所述，按照2001年1～10月份刘家峡水电厂5号机组的空载运行时间来计算。若刘家峡水电厂5号机调相压水运行后，它从系统吸收的电能为每小时3781．0423万kW，这一部分电量相当于抽水蓄能机组在水泵运行工况下所吸收的电能，但是其省水所发电量为每小时5950．6452万kW，若按照抽水蓄能机组来计算其抽水和发电的效率比，则抽水：发电＝2：3，而目前抽水蓄能机组最好的效率为抽水：发电＝5：4，也就是说，水轮发电机组调相压水运行的省水增发电效益是大于1的，所以水轮发电机组的调相压水运行这一指标又是一般的抽水蓄能机组所不能比拟的。为了满足系统调压和承担系统旋转备用的要求。并且节省机组空载运行的耗水量，故本文从经济运行的角度，分析了刘家峡水电厂5号机组调相压水运行的经济性，从以上5号机组调相压水运行分析可知，水电厂调相压水运行具有巨大的经济效益。
参考文献
［1］刘军，朱国海，李永清等．机械运行技术．中国电力出版社，1992．8
［2］王文喜．许世辉．水轮发电机组值班．中国电力出版社，2003．3
［3］王利亚．浅谈天荒坪抽水蓄能电厂的可靠性管理．广东电力，2003年05期
［4］程良骏．水轮机．机械工业出版社．北京．1981
作者简介：
周永平，男，1974年11月出生。刘家峡水电厂运行值长，水能动力工程师／水轮发电机技师，15年来一直从事水轮机发电值班和管理工作。通信地址：甘肃永靖县刘家水电厂；邮编：731600；电话：0930—8843045；传真：0930—8843019；E－mail：idshjbwex@126．com。
新型多级直流一直流变换器的开发
于韬 朴晟濬
（韩国国立全南大学 韩国 光州 500757）
摘要：为了减小一些磁性元件比如电感变压器电容等的体积可调式直流电源常常工作在高频状态下。但是随着频率升高开关上的功率损耗会增加，就会带来系统效率的降低。为了解决这个问题研究方向主要集中在软件开关方法和PWM变换器上。前者大多使用高频率。后者大多工作在低频率。在本文中我们提出了一种新的可以降低脉动的直流直流变换方法。在这种构造中多个BUCK降压直流变换器在输出端串联。相对于传统结构的变换器大大降低了输出电压的脉动成份。特别是当变换器工作在低输出电压条件下，由于工作的开关元件数目减小，这个效果尤其明显。
关键词：直流直流变换器 多级 降低脉动 宽域输出
1引言
随着工业科技的发展进步，各行业对自动化设备的需求在日益增加，对可变直流电源的研究是其中人们关注的一个焦点。特别是在企业和科研单位中电压型PWM直流一直流变换器得到了广泛的应用。可以减小输出电压脉动的技术见诸于许多文献资料。通常为了减小电感和变压器等磁性元件以及滤波电容的尺寸，尽量提高直流一直流变换器的开关频率。但是随开关频率的提升开关上的功率损耗也会随之增大，会影响到系统效率。最近关于这一方面的研究成果主要侧重于两个方面。一是在高开关频率工作时为了将开关功率损耗最小化而提出的多种软件范畴的开关方法探究。二是寻找可以工作在较低开关频率的比如象多级变换器等结构。软件范畴的开关方法虽然具有能够减小开关功率损耗的优点，但电压或电流的峰值会同时也随之增大，所用开关元件的额定值要提高，并且如果用软件开关方式还需要增加其它一些保护回路。多级变换器方式具有在低开关频率下也可以减小输出电压脉动的优点。但随着级数的增加所使用的开关元件的个数也相应成比例地增大。还有应用多级结构时随着工作状态的开关元件数的增加开关功率损耗也必然随之增加。
相比于关于多级方式交流输出的逆变器的研究，对多级直流一直流变换器的研究就不是很多了。在文中提出了可以减小直流一直流变换器输出电压脉动的一种新型多级直流一直流变换器结构。此结构是用降压直流BUCK变换器串联组成，可以产生多级电压，相比于传统形式的降压直流BUCK变换器它可以明显减小输出电压的脉动。另外一方面当输出电压较低时工作的开关元件数目会随之变少，也即本结构的优点在输出低电压时更能凸现。在本论文中提出的变换器尤其适用于要求输出范围变化较大负载的场合。
2多级变换器方式
3仿真和实验结果
4结论
在本文中提出了一种可以大大降低输出电压脉动的新型直流一直流变换器结构。在本结构中由于多级直流一直流变换器中电感上的电压脉动减小，从而电流脉动也得到降低，最终体现在输出电压脉动降低效果明显。应用本文中提出的直流一直流变换器结构电感的尺寸和重量可以减小，变换器系统可靠性也得到提高。这种结构特别适用于宽输出电压范围的直流一直流变换器应用领域。
作者简介：
于韬，男，1977年出生。韩国全南国立大学电气工学科博士研究生，主要从事电力变换，电机控制的研究。
朴晟溶，男，1965年出生。韩国全南国立大学电气工学科副教授，主要从事新能源工程，电力变换，电机控制系统的研究。
