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电网无功补偿技术的研究
发布时间:2015-12-16 14:08 文章来源:未知 作者:admin 点击数:
与电网中的有功损耗相比,无功损耗要大的多,这是因为高压线路、变压器的等值电抗要比电阻大得多,并且变压器的励磁无功损耗也要比励磁有功损耗更大,事实证明电网最基本的无功电源——发电机所发出的无功功率远远满足不了电网对无功的需求,因此对电网进行无功补偿显得尤为必要。另外,对电网采取适当的无功补偿可以稳定受端及电网的电压,在长距离输电线路中选择合适的地点设置无功补偿装置,还可以改善电网性能,提高输电能力,在负荷侧合理配置无功,可以提高供用电系统的功率因数,减少功率损耗,因此,电网中无功补偿的作用已得到普遍重视。
  电网无功补偿的方法
  电网无功补偿方法有很多种,从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用经历了近一个世纪的发展历程,下面将按无功补偿方式的发展顺序逐一论述电网的无功补偿方法。
  1.1同步调相机
  同步调相机是一种专门设计的无功功率电源,相当于空载运行的同步电动机。调节其励磁电流可以发出或吸收无功功率,在其过励磁运行时,向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用,可提高系统电压;在欠励磁运行时,它会从系统吸取感性无功功率而起无功负荷的作用,可降低系统电压,同步调相机欠励磁运行吸收无功功率的能力,约为其过励磁运行发出无功功率容量的50%~65%。装有自动励磁调节装置的同步调相机,能根据装设地点电压的数值平滑的改变(输出或吸取)无功功率,从而进行电压调节。此外,装有强行励磁调节装置的同步调相机在系统发生故障而引起电压降低时,可以提供短时电压支撑,有利于提高电网稳定性。但它的不足之处也有很多,如有功损耗大、运行维护复杂,投资费用大、动态调节响应慢以及增加了系统的短路容量等等,同步调相机正逐渐被投资更少性能更优的新型无功补偿设备所取代。
  1.2并联电容器
  并联电容器是目前电网中应用最为广泛的一种无功补偿设备,只能发出无功功率,不能吸收无功功率。它藉提高负荷侧功率因数以减少无功功率流动而提高受端电压、降低网损。它需要根据负荷的的变化而进行频繁的投入或切除操作,而此投入或切除操作通常用机械开关控制,因此不能准确快速的实现无功功率补偿。另外在系统电压出现紧急状态时,并联电容器组的明显缺点是其无功输出量随电压的平方下降,因此,当电网无功不足需要投入并联电容器进行无功补偿时,最好在高峰负荷到来之前就将电容器组投入,使电网电压提高至上限运行,这样可防止高峰负荷时电压的过分下降,若在电网电压已经下降后采取措施,则补偿效果不好,但又因为它的价格便宜、易于安装、没有旋转部件以及维护也较为方便而得到许多电力公司的青睐。
  1.3并联电抗器
  并联电抗器用于吸收超高压长距离架空线和电缆线的过剩无功功率,防止正常运行时有过多的无功功率注入负荷。并联电抗器吸收的无功功率QL与所在母线电压U平方成正比即QL=U2/XL,式中的XL为并联电抗器感抗。并联电抗器一般以直接接到超高压线路或母线,或经主变三次侧或较低电压母线两种接线设置方式接入电网,若采用并联电抗器直接接到超高压线路上,优点是可以限制高压线路的过电压,与中性点小电抗配合,有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧,从而保证单相重合闸的成功,不足是造价过高。若接到主变三次侧或较低电压母线上,优点是造价低、操作简便,具体采用何种方式,依具体情况而定。
  1.4静止无功补偿器
  静止无功补偿器(SVC)出现在20世纪70年代初期,可以说是灵活交流输电“家族”的最早成员,它通常由静电电容器、电抗器及检测与控制系统组成。目前常用的有晶闸管控制电抗器型(TCR型),晶闸管投切电容器型(TSC型)和饱和电抗器型(SR型)三种。TCR型补偿器由TCR和若干组不可控制电容器组成,电抗器与反向并联连接的晶闸管相串联,利用晶闸管的触发角控制来改变通过电抗器的电流,就可以平滑的调整电抗器吸收的基波无功功率,晶闸管的触发角а从90°变到180°时,可使电抗器的的基波无功功率从其额定值变到零,TCR型补偿器其实只是以晶闸管开关取代了常规电容器所配置的机械开关,使它的开关次数不受限制,其运行性能要明显优于机械开关投切电抗器。TSC型补偿器由一组并联的电容器组成,每一台电容器都与双向晶闸管串联,在这里晶闸管仍起开关作用,代替常规电容器配置的机械开关,在运行时,根据所需补偿电流的大小,决定投入电容器的组数,考虑到电容器组的投切会在电网中产生冲击电流,我们可以增加电容器的组数,组数越多,级差越小,分组投入时所产生的冲击电流就越小,但这势必会增加运行成本。SR型补偿器中,由饱和电抗器与串联电容器组成的回路具有稳压特性,能维持所连接母线电压水平,对冲击性负荷引起的电压波动具有补偿作用,SR型补偿器具有快速、可靠、过载能力强以及产生谐波小等优点,而且还具有抑制三相不平衡能力,但运行中的电抗器长期处于饱和状态,铁芯损耗较大,且饱和电抗器的造价过高,所以目前国内应用较少。值得我们关注的是,不论何种静止补偿器,它们之所以能作无功功率电源并产生感性无功,靠的仍是其中的电容器,而电容器所能产生的感性无功功率与其端电压的平方成正比,即当电压水平过低,需要无功补偿时,补偿器的输出反而会减少。外在上述几种SVC补偿装置中,晶闸管投切电容器不会产生谐波,含晶闸管控制电抗器的静止补偿器一般需要装设滤波器以消除补偿过程中所产生的高次谐波。
  1.5静止无功发生器
  静止无功发生器(SVG)也被称为静止同步补偿器(STATCOM)或静止调相机(STATCON),是在20世纪80年代以来出现的更为先进的静止无功补偿装置。装置中六个可关断晶闸管(GTO)分别与六个二极管反向并联,适当控制GTO的通断,可以把电容器C上的直流电压转变成为与电力系统电压同步的三相交流电压,装置的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统。适当控制逆变器的输出电压就可以灵活地改变SVG的运行工况,使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC相比,SVG的响应速度更快,运行范围更宽,谐波电流含量更小,尤其重要的是,电压较低时SVG仍可向系统注入较大的无功电流,它的储能元件(如电容器)的容量远比它所提供的无功容量要小。
  通过本文的论述和分析不难得出以下结论:目前我国的无功补偿装置中,并联电容器凭借其优良的性价比仍是电网无功补偿的主要方式,并且在相当一段时间内这种格局不会有太大改变。

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