[行业技术文章]电力系统静止无功补偿技术的现状及发展
更新:2013-03-28
摘 要:具体综述了电力系统静止无功抵偿技术的成长现状,分析了各类静止无功抵偿技术的原理、点、错误谬误和现今在电力系统中的运用情况,并提出从此静止无功抵偿技术的成长趋向。
关头词:静止无功抵偿(SVC ASVG); 成长趋向; 电力系统
1 引言
电力系统的各节点无功功率平衡决议了该节点的电压水平,由于现今电力系统的用户中存在着年夜无功功率频仍变化的装备;如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。同时用户中又有年夜的对系统电压稳定性有较高要求的细密装备:如计较机,医用装备等。是以迫切需要对系统的无功功率进行抵偿。
传统的无功抵偿装备有并联电容器、调相机和同步发机电等,由于并联电容器阻抗固定不能动态的跟踪负荷无功功率的变化;而调相机和同步发机电等抵偿装备又属于旋转装备,其消耗、噪声都很年夜,而且还不适用于太年夜或太小的无功抵偿。所以这些装备已越来越不顺应电力系统成长的需要。
20世纪70年月以来,随着研究的进一步加深泛起了一种静止无功抵偿技术。这类技术经过20多年的成长,履历了一个不竭立异、成长完善的进程。所谓静止无功抵偿是指用分歧的静止开关投切电容器或电抗器,使其具有吸收和发出无功电流的能力,用于提高电力系统的功率因数,稳定系统电压,抑制系统振荡等功能。今朝这类静止开关主要分为两种,即断路器和电力电子开关。由于用断路器作为接触器,其开关速度较慢,约为10~30s,不成能快速跟踪负载无功功率的变化,而且投切电容器时常会引发较为严重的冲击涌流和操作过电压,这样不单易造成接触点烧焊,而且使抵偿电容器内部击穿,所受的应力年夜,维修年夜。
随着电力电子技术的成长及其在电力系统中的运用,交流无触点开关SCR、GTR、GTO等的泛起,将其作为投切开关,速度可以提高500倍(约为10μs),对任何系统参数,无功抵偿都可以在一个周波内完成,而且可以进行单相调理。现今所指的静止无功抵偿装配一般指使用晶闸管的无功抵偿装备,主要有以下三年夜类型,一类是具有饱和电抗器的静止无功抵偿装配(SR:SaturatedReactor);第二类是晶闸管控制电抗器(TCR:Thyristor ControlReactor)、晶闸管投切电容器(TSC:Thyristor SwitchCapacitor),这两种装配统称为SVC(StaticVar Compensator);第三类是采用自换相变流技术的静止无功抵偿装配——静止无功发生器(ASVG:Advanced Static VarGenerator)。
以下对此三类静止无功抵偿技术逐一介绍,主要对SVC和ASVG这两类抵偿技术作具体介绍,并指出从此静止无功抵偿技术的成长趋向。
2 具有饱和电抗器的无功抵偿装配(SR)
饱和电抗器分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种,响应的无功抵偿装配也就分为两种。具有自饱和电抗器的无功抵偿装配是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压,它哄骗铁心的饱和特征来控制发出或吸收无功功率的年夜小。可控饱和电抗器经由过程改变控制绕组中的工作电流来控制铁心的饱和水平,从而改变工作绕组的感抗,进一步控制无功电流的年夜小。这类装配组成的静止无功抵偿装配属于批静止抵偿器。早在1967年,这类装配就在英国制成,后来美国通用电气公司(GE)也制成了这样的静止无功抵偿装配[1],可是由于这类装配中的饱和电抗器造价高,约为一般电抗器的4倍,而且电抗器的硅钢片持久处于饱和状态,铁心消耗年夜,比并联电抗器年夜2~3倍,另外这类装配还有振动和噪声,而且调整时间长,动态抵偿速度慢,由于具有这些错误谬误,所有饱和电抗器的静止无功抵偿器今朝运用的比力少,一般只在超高压输电线路才有使用。
3 晶闸管控制电抗器(TCR)
两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联,其单相原理图如图1所示。其三相多接成三角形,这样的电路并进到电网中相当于交流调压器电路接电感性负载,此电路的有用移相范围为90°~180°。当触发角α=90°时,晶闸管全导通,导通角δ=180°,此时电抗器吸收的无功电流年夜。凭据触发角与抵偿器等效导纳之间的关系式:
BL=BLmax(δ-sinδ)/π和BLmax=1/XL可知。增年夜触发角即可增年夜抵偿器的等效导纳,这样就会减小抵偿电流中的基波份,所以经由过程调整触发角的年夜小就能够改变抵偿器所吸收的无功份,到达调整无功功率的效果。
在工程现实中,可以将降压变压器设计成具有很年夜漏抗的电抗变压器,用可控硅控制电抗变压器,这样就不需要零丁接进一个变压器,也能够不装设断路器。电抗变压器的一次绕组直接与高压线路毗连,二次绕组经过较小的电抗器与可控硅阀毗连。若是在电抗变压器的第三绕组选择适当的装配回路,例如加装滤波器,可以进一步下降无功抵偿发生的谐波。瑞士勃郎·鲍威利公司已制造出此种抵偿器用于高压输电系统的无功抵偿[2]。
由于零丁的TCR只能吸收无功功率,而不能发出无功功率,为领会决此问题,可以将并联电容器与TCR配合使用组成无功抵偿器。凭据投切电容器的元件分歧,又可分为TCR与固定电容器配合使用的静止无功抵偿器(TCR+FC)和TCR与断路器投切电容器配合使用的静止无功抵偿器(TCR+MSC)。这类具有TCR型的抵偿器反应速度快,灵活性年夜,今朝在输电系统和工企中运用为普遍。我国江门变电站采用的静止无功抵偿器是端士BBC公司生产的TCR+FC+MSC型的SVC,其控制范围为±120Mvar[3]。由于固定电容器的TCR+FC型抵偿装配在抵偿范围从感性范围延长到容性范围时要求电抗器的容年夜于电容器的容,另外当抵偿器工作在吸收较小的无功电流时,其电抗器和电容器都已吸收了很年夜的无功电流,只是相互抵消而已。TSC+MSC型抵偿器经由过程采用分组投切电容器,在某种水平上克服了这类错误谬误,但应尽避免断路器频仍的投进与切除,减小断路器的工况。
4 晶闸管投切电容器(TSC)
为领会决电容器组频仍投切的问题,TSC装配应运而生。其单相原理图如图2所示。两个反并联的晶闸管只是将电容器并进电网或从电网中断开,串联的小电抗器用于抑制电容器投进电网运行时可能发生的冲击电流。TSC用于三相电网中可所以三角形毗连,也能够是星形毗连。一般对称网络采用星形毗连,负荷不合错误称网络采用三角形毗连。非论是星形仍是三角形毗连都采用电容器分组投切。为了对无功电流能尽做到无级调理,总是希看电容器级数越多越好,但斟酌到系统的复杂性及经济性,一般用K-1个电容值为C的电容和电容值为C/2的电容组成
2K级的电容组数[4]。
TSC的关头技术问题是投切电容器时刻的拔取。经过年的分析与实验研究,其好投切时间是晶闸管两头的电压为零的时刻,即电容器两头电压等于电源电压的时刻[5]。此时投切电容器,电路的冲击电流为零。这类抵偿装配为了保证更好的投切电容器,必需对电容器预先充电,充电竣事以后再投进电容器。
TSC抵偿器可以很好的抵偿系统所需的无功功率,若是级数分得足够细化,基本上可以实现无级调理。瑞典某钢厂两台100t电弧炉,装有60Mvar的TSC后,有用的使130kV电网的电压连结在1.5%的波动范围。运行实践证实此装配具有较快的反映速度(约为5~10ms),体积小,重轻,对三相不服衡负荷可以分相抵偿,操作进程不发生有害的过电压、过电流,但TSC对于抑制冲击负荷引发的电压闪变,单靠电容器投进电网的电容的变化进行调理是不够的,所以TSC装配一般与电感相并联,其典型装备是TSC+TCR抵偿器。这类抵偿器均采用三角形毗连,以电容器作分级粗调,以电感作相控细调,三次谐波不能流进电网,同时又设有5次谐波滤波器,年夜年夜减小了谐波。我国平顶山至武汉凤凰山500kV变电站援用进口的无功抵偿装备就是TSC+TCR型[6]。
5 新型静止无功发生器(ASVG)
随着电力电子技术的进一步成长,出格是L.Gyugyi提出哄骗变流器进行无功抵偿的理论以来,慢慢泛起了运用变流技术进行动态无功抵偿的静止抵偿器。它是经由过程将自换相桥式电路直接并联到电网上或经由过程电抗器并联到电网上。ASVG凭据直流侧采用电容和电感两种分歧的储能元件,可以分为电压型和电流型两种,如图3所示。图3所示的原理图为电压型抵偿器,若是将直流侧的电容器用电抗器取代,交流侧的串联电感用并联电容取代,则为电流型的ASVG。交流侧所接的电感L和电容C的作用划分为阻止高次谐波进进电网和吸收换相时发生的过电压。不管是电压型,仍是电流型的ASVG其动态抵偿的机理是不异的。当逆变器脉宽恒按时,调理逆变器输出电压及系统电压之间的夹角δ,就能够调理无功功率及逆变器直流侧电容电压UC,同时调理夹角δ和逆变器脉宽,既可以连结UC恒定的情况下,发出或吸收所需的无功功率[7]。
凭据这一原理从1980年日本研制出台20Mvar的强制自换相的桥式ASVG以后,经过10多年的成长,ASVG的容不竭增年夜,1991年和1994年日本和美国又相继研制出80Mvar和100Mvar的ASVG,在1995年,清华年夜学和河南省电力局配合研制了我国台ASVG,其容为300kvar,斥地了我国研制ASVG抵偿装备的先河[8]。
ASVG经由过程采用桥式电路的多重化技术,多电平技术或PWM技术进行处置,以消除较低次的谐波,并使较高的谐波限制在一定范围内;由于ASVG不需储能元件来到达与系统交换无功的目的,现实上它使用直流电容来维持稳定的直流电源电压,和SVC使用的交流电容相比,直流电容相对较小,成本较低;另外,在系统电压很低的情况下,仍能输出额定无功电流,而SVC抵偿的无功电流随系统电压的下降而下降。正是由于这些点,ASVG在改善系统电压,提高稳定性方面具有SVC没法对比的点,这也显示出ASVG是从此静止无功抵偿技术成长的标的目的。另外随着电力电子技术的成长,电子有源滤波器也日益获得完善,由于电力有源滤波器在滤除谐波的时辰与电力系统不发生谐振,是以今朝很多电力系统工作者致力于将电力有源滤波与ASVG相连系的研究,以消除传统的ASVG装备中并联无源滤波器的所发生的谐振问题。
参考文献:
[1] A.C.MATHEB.超高压输电线路用的静止无功抵偿器[C].湖北:湖北电力技术,1982
[2] W.Herbst.高压系统的可控静止无功抵偿[C].湖北:湖北电力技术,1982
[3] 田广青.江门变电站静止抵偿器简介[J].广东电力,1988,(4)
[4] 米勒.电力系统无功功率控制[J].水利电力出书社,1990
[5] 王庆林.无功功率快速自动抵偿装配设计探讨[J].电力电容器,1993(2)
[6] 梁志勇.静止无功抵偿装备运行综述[J].电力电容器,1997(2)
[7] 刘文华.采用GTO的新型静止无功发生器[J].电力系统自动化,1997(3)
[8] 姜齐荣,等.采用GTO的±120kvar新型静止无功发生器[J].清华年夜学学报,自然科学版,1997(7)