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[行业技术文章]无功功率补偿技术及发展趋势

更新时间:2013-05-24 发布:m.1024sj.com

刘智勇五邑年夜学304信箱(529020)

余志东莱福电气装备有限公司(529300)

摘要:文章介绍了无功抵偿技术的现状,分析了一些经常使用无功抵偿装配的优点和不足,并非凡指出:在我国,基于智能控制策略的TSC装配依然需要年夜力推行。在此根蒂根基上,展看了无功功率抵偿技术的成长标的目的。

要害词:无功功率抵偿 谐波抑制 动态静止无功抵偿器
 

1 引言

无功功率抵偿装配的主要作用是:提高负载和系统的功率因数,削减装备的功率消耗,稳定电压,提高供电质量。在长距离输电中,提高系统输电稳定性和输电能力,平衡三相负载的有功和无功功率等。

2 无功功率抵偿技术的现状

今朝,国内电网采用的电容抵偿技术主要是集中抵偿与就地抵偿技术。就地抵偿技术主要适用于负荷稳定,不成逆且容量较年夜的异步电念头抵偿(如风机、水泵等),其它各类场所仍主要采用集中抵偿技术。下面是几种经常使用的抵偿装配。

2.1 同步伐相机

早期的无功功率抵偿装配主要为同步伐相机,多为高压侧集中抵偿。同步伐相机今朝在现场仍有少许使用。

2.2 静止抵偿装配

静止抵偿器的基本作用是接连而迅速地控制无功功率,即以快速的响应,经由过程发出或吸收无功功率来控制它所毗连的输电系统的节点电压。

静止抵偿器由于其价格较低、维护简单、工作靠得住,在国内仍是主流抵偿装配。静止抵偿器(SVC)前后泛起过很多类型,今朝来看,有成长前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型3种。上述第二种又可分为:固定毗连电容器加可控硅控制的电抗器(fixedcapacitor&thyristorcontrolledreactor,FC-TCR);可控硅开关操作的电容器加可控硅控制的电抗器(thyristorswitchedcapacitor&thyristorcontrolledreactor,TSC-TCR)。

现实上,由断路器(电磁型交流接触器)操作的电容器和电抗器在电网中正在年夜量使用,可以说这类抵偿技术是静态的,由于它不能实时响应无功功率的波动。这类装配以电磁型交流接触器为投切开关,由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级和接触器操作频率、使用寿命等身分制约,因而没法避免以下不足:

(1)抵偿是有级的、按时的,因而抵偿精度差,追随性不强,不能顺应负荷变化快的场所;受交流接触器操作频率及寿命的限制,静态抵偿装配一般均设有投切延时功能,其延不时间通常是30s。对一般稳定负荷,即负荷变化周期年夜于30s的负荷,这类抵偿装配是有用的,但对一些变化较快的负荷,如电梯、起重、电焊等,这类抵偿装配就没法进行跟踪抵偿。

(2)不能做到无涌流投进电容器,对于接触器加电抗器方案,增加消耗较年夜,对于容性接触器方案,事故率较年夜,对金属化电容器的使用寿命影响很年夜;今朝,低压电力电容器以金属化自愈式电容器为主,这类电容器的引线喷金属端面临涌流承受能力有限,是以,涌流的年夜小及次数是影响电容器使用寿命的主要身分。

(3)运行噪声较年夜。

(4)由于控制部门的负载是接触器的线圈,在投切进程中,造成火花干扰,影响抵偿装配的靠得住性和使用寿命。

针对上述问题,基于智能控制策略的TSC抵偿装配正在引发关注。TSC的基本结构如图1所示。事实上,假设能够进行动态无功功率抵偿则能够克服以上不足。

图1 TSC的基本结构

将微处置器用于TSC,可以完成复杂的检测和控制使命,从而使动态抵偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC抵偿装配的焦点部件是控制器,由它完成无功功率(功率因数)的丈量及分析,进而控制无触点开关的投切,同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。是以,与断路器操作的电容器装配相比,虽然单台无触点开关的造价比交流接触器高,但该装配依然有以下几个特点:

①无涌流,答理频仍操作;

②跟踪响应时间快,动态跟踪时间0.02~2s(可调);

③采用编码轮回式投切电容器,可平均使用电容器,从而延长整个装配的使用寿命;

④具有各类庇护功能,如过压庇护、缺相庇护及谐波份量超限庇护等。

2.3 静止无功发生器

静止无功发生器(staticvargenerator,SVG)又称静止同步抵偿器(STATCOM),是采用GTO组成的自换相变流器,经由过程电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功,进行无功抵偿。与SVC相比,其调理速度更快且不需要年夜容量的电容、电感等储能元件,谐波含量小,同容量占地面积小,在系统欠压条件下无功调理能力强。

SVG的等效电路如图2所示。其中,变压器与抵偿器可看做逆变器电路。从电力系统一侧来观察,我们可以把逆变器电路看成是一个发生基波和谐波电压的交流电压源,控制抵偿器基波电压年夜小与相位来改变基波无功电流的年夜小与相位。当逆变器基波电压比交流电源电压高时,逆变器就会发生一个超前(容性)无功电流。反之,当逆变器基波电压比交流电源电压低时,则会发生一个滞后(感性)无功电流,是以能与系统进行有功、无功之间的交换。若控制方式适当,SVG在抵偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行抵偿。在稳态情况下,SVG的直流侧和交流侧之间没有有功功率交换,无功功率在三相之间流动,是以直流只需要较小容量的电容即可。此外,SVG装配用铜和铁较少,且有优良的抵偿特征,是以是新一代无功抵偿装配的代表,有很年夜的成长前途。

图2 SVG等效电路

我国首台20MvarSVG于1999年3月并进河南电网试运行。

3 无功功率抵偿技术的成长趋向

3.1 电力有源滤波器

电力有源滤波器(activepowerfilter,APF)的基来源根基理如图3所示。

图3 电力有源滤波器的基来源根基理

电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。今朝实用的装配90%以上为电压型。从与抵偿对象的毗连方式来看,电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有零丁使用、LC滤波器夹杂使用及注进电路方式,今朝并联型占实用装配的年夜大都。

今朝电力有源滤波器仍存在一些问题,如电流中有高次谐波,单台容量低,成本较高等。随着电力半导体器件向年夜容量、高频化标的目的成长,这类既能抵偿谐波又能抵偿无功的装配必然有很好的成长前景。

3.2 综合潮水控制器

综合潮水控制器(unifiedpowerflowcontroller,UPFC)将一个由晶闸管换流器发生的交流电压串进并叠加在输电线相电压上,使其幅值和相角皆可接连变化,从而实现线路有功和无功功率的准确调理,并可提高输送能力和阻尼系统振荡。美国西屋电气公司研制出一种简化的UPFC称为串联潮水控制器(serialpowerflowcontroller,SPFC),其基本结构和SVG类似,区分是其输出变压器串联接进输电线。SPFC造价较着低于UPFC,功能可与之相比且优于SVG。中国电力科学研究院、东南年夜学、清华年夜学等单元也进行了理论研究和仿真实验,研究成效讲明:UPFC具有优秀的效果和功能。

4 竣事语

由于性价比力高,今朝我国普遍使用的仍是静止抵偿器(SVC)。其中,能够进行无功功率动态抵偿的基于智能控制策略的TSC依然需要年夜力推行。现实上,国内外对SVC的研究仍在继续,研究的重点集中在控制策略上,试图借助于人工智能提高SVC的性能。随着年夜功率电力电子器件技术的高速成长,未来的功率器件容量将慢慢提高,运用有源滤波器进行谐波抑制,和运用柔性交流输电系统技术进行无功功率抵偿,势必成为从此电力自动化系统的成长标的目的。
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