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    無功補償裝置的發展

    在電力系統中,如果無功儲備不足將會導致電網電壓水平降低,沖擊性的無功功率負載還會使電壓產生劇烈的波動,惡化電網的供電質量。對于給定的有功分布,要想使無功潮流最小以減少系統的損耗,就要求對無功功率的流向與轉移進行很好的控制。

    隨著電網的不斷發展,對無功功率進行控制與補償的重要性與日俱增:

    1.   輸電網絡對運行效率的要求日益提高,為了有效利用輸變電容量,應對無功進行就地補償;

    2.   電源(尤其水電)遠離負荷中心,遠距離的輸電需要靈活調控無功以支撐解決穩定性及電壓控制問題;

    3.   配電網中存在大量的電感性負載,在運行中消耗大量無功,使得配電系統損耗大大增加;

    4.   直流輸電系統要求在換流器的交流側進行無功控制;

    5.   用戶對于供電電能質量的要求日益提高。因此,對電網的無功進行就地補償,尤其是動態補償,在輸配電系統中十分必要。

    電力系統中,常見的無功控制方法有同步發電機、同步電動機、同步調相機、并聯電容器和靜止無功補償裝置等,這里主要討論靜止無功補償裝置。

    靜止無功補償技術經歷了3代:第1代為機械式投切的無源補償裝置,屬于慢速無功補償裝置,在電力系統中應用較早,目前仍在應用;第2代為晶閘管投切的靜止無功補償器(SVC),屬無源、快速無功補償裝置,出現于20世紀70年代,國外應用普遍,我國目前有一定應用,主要用于配電系統中,輸電網中應用很少;第3代為基于電壓源換流器的靜止同步補償器(STATICSYNCHRONOUSCOMPENSATOR,STATCOM),亦稱ASVG,屬快速的無功補償裝置,國外從20世紀80年代開始研究,90年代末得到較廣泛的應用,我國的第一個STATCOM示范應用工程已經在河南電網投運。

    早期的無功補償裝置主要是無源裝置,方法是在系統母線上并聯或者在線路中串聯一定容量的電容器或者電抗器。這些補償措施改變了網絡參數,特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統母線上的輸入阻抗。無源裝置使用機械開關,它不具備快速性、反復性、連續性的特點,因而不能實現短時糾正電壓升高或降落的功能。

    20世紀70年代以來,以晶閘管控制的電抗器(TCR)、晶閘管投切的電容器(TSC)以及二者的混合裝置(TCR+TSC)等主要形式組成的靜止無功補償器(SVC)得到快速發展。SVC可以看成是電納值能調節的無功元件,它依靠電力電子器件開關來實現無功調節。SVC作為系統補償時可以連續調節并與系統進行無功功率交換,同時還具有較快的響應速度,它能夠維持端電壓恒定。

    SVC雖然能對系統無功進行有效的補償,但是由于換流元件關斷不可控,因而容易產生較大的諧波電流,而且其對電網電壓波動的調節能力不夠理想。隨著大功率全控型電力電子器件GTO、IGBT及IGCT的出現,特別是相控技術、脈寬調制技術(PWM)、四象限變流技術的提出使得電力電子逆變技術得到快速發展,以此為基礎的無功補償技術也得以迅速發展。靜止同步補償器,作為FACTS家族最重要的成員,在美國、德國、日本、中國相繼得到成功應用。電壓型的STATCOM直流側采用直流電容為儲能元件,通過逆變器中電力半導體開關的通斷將直流側電壓轉換成交流側與電網同頻率的輸出電壓。當只考慮基波頻率時,STATCOM可以看成一個與電網同頻率的交流電壓源通過電抗器聯到電網上。由于STATCOM直流側電容僅起電壓支撐作用,所以相對于SVC中的電容容量要小得多。此外,STATCOM和SVC相比還擁有調節速度更快、調節范圍更廣、欠壓條件下的無功調節能力更強的優點,同時諧波含量和占地面積都大大減小。

     


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     ^ 無功補償裝置的發展

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