新環(huán)境下配電網(wǎng)的靜止無功補償器分析

摘要：隨著電力企業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，新環(huán)境下的配電網(wǎng)中運用了更多的新設(shè)備。文章對新環(huán)境下配電網(wǎng)中的靜止無功補償器的應(yīng)用進(jìn)行淺入分析，提出配電網(wǎng)中的靜止無功補償器的改進(jìn)和運用，提高了配電網(wǎng)中的配電功率影響因數(shù)，改善了電力企業(yè)電力質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；靜止無功補償器；平衡電流

中圖分類號：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0079-03

隨著國家城市化進(jìn)程腳步不斷加快，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也有很大的改善，事關(guān)民生建設(shè)的電力部門更是加大了對城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電系統(tǒng)的改進(jìn)與發(fā)展。在新時期、新環(huán)境下我國的供電部門對提供電力的區(qū)域進(jìn)行了分類，有城市區(qū)域、鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域和工廠區(qū)域。這些配電網(wǎng)在我們?nèi)粘５纳罟ぷ髦衅鸬搅朔浅４蟮淖饔?。本文將圍繞著新時期、新環(huán)境下我國的配電網(wǎng)基本知識和概況、配電網(wǎng)中運用的靜止無功補償器的功能、作用等方面進(jìn)行簡單直觀的論述。

1 配電網(wǎng)

1.1 新時期配電網(wǎng)概況

配電網(wǎng)是電力部門向需要用電的地方提供電力所運用到的一種分配電能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是由一些電線、配電的變壓器、控制開關(guān)及無功補償電容構(gòu)成的。過去我們國家的配電網(wǎng)絡(luò)不是很完善，基本上就是給一些主要城市提供電力，時常出現(xiàn)配電網(wǎng)供給不足情況或是出現(xiàn)供電障礙等問題。隨著時代的變化和發(fā)展，我國的配電網(wǎng)絡(luò)變得越來越完善，配電網(wǎng)的管理和分配也趨于科學(xué)合理化，按照供電功能來分類就有城市配電網(wǎng)絡(luò)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)絡(luò)和工廠配電網(wǎng)絡(luò)等。配電網(wǎng)絡(luò)是一個龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，在供電的過程中總會遇到控制器開開關(guān)關(guān)的情況，很多地方的供電需求和使用電力的時間又不一樣，這樣的系統(tǒng)非常容易出現(xiàn)問題。

1.2 配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

我們可以把配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)想象成為一個拓?fù)鋱D，這個拓?fù)鋱D是由點和線組成。點我們可以想象成為是電源結(jié)點或開關(guān)結(jié)點，線就是傳輸電流的線路。第一種方法是關(guān)聯(lián)表示法，在配電網(wǎng)的某一個區(qū)域內(nèi)把結(jié)點連成矩形，對矩形中的點進(jìn)行編號，以此類推，我們可以得到多個矩形，對這些矩形狀的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，這些矩形中有各自的結(jié)點或開關(guān)的控制編號，同時也具有自己小區(qū)域內(nèi)的屬性，這樣對于龐大的供電系統(tǒng)來說，很方便管理，但是也有缺陷，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題或是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)分析時會出現(xiàn)耗費時間和分析方法復(fù)雜等情況，很多時候不能快速解決問題。還有一種是消結(jié)點方法，即對配電網(wǎng)絡(luò)中的點和線，通過消去一些點來減少計算量，提高計算速度。這對于復(fù)雜的線路分析是非常有用的，但是也會有一些影響，如配電網(wǎng)整體狀態(tài)的評估很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。現(xiàn)在的配電網(wǎng)中還有很多問題需要我們解決。

2 靜止無功補償器分析

2.1 靜止無功補償器

我們所熟知的靜止無功補償器有這些類型，可以控制電力功率飽和度的電抗器型、自控電力功率飽和度的電抗器型及互相影響控制的電抗器型。靜止無功補償器是一種可以控制處于變動中的無功功率補償裝置，它將可控的電抗器和電容器一起使用，讓電抗器調(diào)節(jié)，使整個無功功率補償裝置順暢地發(fā)出功率或吸收功率?，F(xiàn)在我國在配電網(wǎng)中使用得最為先進(jìn)的無功補償器就是靜止無功補償器，它運用在一些電力產(chǎn)品經(jīng)常使用的開關(guān)中，來實現(xiàn)無功補償，不再像傳統(tǒng)的無功補償裝置一樣用大容量的電容器和電感器產(chǎn)生所需要的無功功率。靜止無功補償器主要應(yīng)用于大功率的電網(wǎng)中，進(jìn)行電力負(fù)荷補償和輸電線路的補償，靜止無功補償器簡稱為SVC?，F(xiàn)代配電網(wǎng)中SVC在電壓控制和提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面起到了非常重要的作用?？梢钥刂齐娏β曙柡投鹊碾娍蛊餍挽o止無功補償器是由交流繞組和直接繞組組成，它包括兩個部分，一個是電抗器，一個是可控飽和，這種形式的靜止無功補償器通過改變直接繞組的電流，調(diào)整飽和度，改變交流繞組的電感值；自控電力功率飽和度的電抗器型是隨電抗值的改變而改變，吸收無功功率的多少；互相影響控制的電抗器型是運用晶匣管開關(guān)來控制電抗器，改變電抗器的電抗值。在我國的低中壓供電、配電系統(tǒng)中靜止無功補償器被廣泛地運用在改變功率影響因數(shù)、電壓不穩(wěn)定、電壓的調(diào)整、供電質(zhì)量、電壓波動和平衡負(fù)荷等電壓問題方面，這種新型的靜止無功補償器可以提供無功補償、改善和調(diào)整電壓，這給我們的電力部門帶來了很大的幫助，減少了電力部門的工作量，提高了工作效率，減少了或是避免了配電網(wǎng)絡(luò)的損耗，降低成本，給電力企業(yè)帶來實惠。靜止無功補償器和電力電容器之間的對比如下圖1所示：

圖1 靜止無功補償器模式

從圖1中我們可以了解到靜止無功補償器的三種模式。第一種空載運行模式，從圖中可知它的波形和相量圖數(shù)據(jù)，當(dāng)Vs=Ve時，則Ics=0；第二種容性運行模式，從圖中可知當(dāng)Ve>Vs時，則Ics為超前電流，這時所起到的作用只是電容器作用；第三種感性運行模式，從圖中可知，當(dāng)Ve

2.2 靜止無功補償器平衡電流

靜止無功補償器主要控制電壓，控制電壓這種模式是將人為設(shè)定的電壓與本身在配電網(wǎng)中測到的實際電壓進(jìn)行比較，這樣我們將得到兩者之間的一個值，然后對這個值進(jìn)行計算，得出一個結(jié)果，根據(jù)這個結(jié)果，控制晶匣管電抗器TCR。靜止無功補償器利用控制范圍內(nèi)的電壓和電流保持線性關(guān)系。

實際在配電網(wǎng)中測量到的靜止無功補償器電流和人為設(shè)定的、計算過的電壓數(shù)值的差率相乘時，靜止無功補償器有信號。當(dāng)靜止無功補償器為感性模式時，VSL取用正數(shù)；靜止無功補償器為容性運行模式時，VSL取用負(fù)數(shù)；彼此之間存在函數(shù)關(guān)系：G（s）=K1（1+sTQ）/s（1+sTp），從這個函數(shù)關(guān)系我們知道控制器反應(yīng)速度與系數(shù)Tp存在聯(lián)系。

靜止無功補償器可以實現(xiàn)多目標(biāo)控制的統(tǒng)一，靜止無功補償器的控制器主要應(yīng)用于功率影響因數(shù)中的電壓封閉環(huán)節(jié)，它可以在不同的運行狀態(tài)中引起電流質(zhì)量問題，還可以實現(xiàn)彼此之間的自動切換功能。

2.3 靜止無功補償器基本原理和控制方法

從圖2可知靜止無功補償器是將電抗器與配電網(wǎng)相連接，通過一些開關(guān)進(jìn)行控制，使其發(fā)出或是吸收所需的無功電流來控制電壓值大小，實現(xiàn)靜止無功補償。

圖2 SVG基本電路結(jié)構(gòu)

2.4 靜止無功補償器存在的問題

靜止無功補償器是一種晶匣管控制的無功補償裝置，它的控制方法在不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新。靜止無功補償器使得電壓變得穩(wěn)定，功率因數(shù)提高，不和諧的波動都能自動地減小或是消除，現(xiàn)在我國的靜止無功補償器在實際運用方面還不是很成熟，有些地方還是存在問題，如閃變指示燈不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，動態(tài)響應(yīng)大于特定值等，靜止無功補償器和我國配電系統(tǒng)的融合度還不是很高。我們配電系統(tǒng)用的是靜止無功補償器，這是以母線電壓為控制對象進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，靜止無功補償器發(fā)出的無功功率可以提高電壓的穩(wěn)定性。在配電系統(tǒng)中有開合的無功控制也有閉合的無功控制。開合的無功控制主要是通過改變晶匣管和電抗器的感性無功電流，對電網(wǎng)負(fù)荷的無功功率進(jìn)行計算，通過計算我們可以得出如下公式：

從以上的公式中我們能知道，通過一個完整的波長20ms內(nèi)的三個電壓，三個電流，計算需要補償?shù)目偀o功功率，進(jìn)行三方面的平衡補償。這上面涉及到的量有不同電壓Uab、Ubc和Uca，不同的電壓負(fù)荷電流ia、ib和ic這些因量。我們通過一些定律和無功控制等方法，計算和導(dǎo)出這些控制功率的因數(shù)，三者達(dá)到一個平衡則會進(jìn)行一種對等的補償。靜止無功補償器還有一種閉合的電壓控制方式，這也是以靜止無功補償器中的母線為控制對象進(jìn)行的無功補償，這種閉合式的無功控制是直接對母線進(jìn)行穩(wěn)定并且不受到負(fù)荷電流的影響，有利于配電網(wǎng)中電壓保持穩(wěn)定性。

2.5 靜止無功補償器中晶匣管控制方式的改善

圖3 晶匣管控制運行周期圖

圖3是晶匣管觸發(fā)控制過程圖，從圖3中我們可以知道晶匣管是以周期進(jìn)行運動的，靜止無功補償器有時響應(yīng)速度較慢，是由于晶匣管周期運動的幅率比較短，我們一般用電壓波的形式來進(jìn)行晶匣管的說明和描述，靜止無功補償器的運行周期較短，一般是以每秒20米進(jìn)行周期活動，我們可以知道彼此之間的周期運行都是從各自的1和180開始計算，然后在90和270之后進(jìn)行回轉(zhuǎn)運行。不同的運行時刻和回轉(zhuǎn)的時間對晶匣管的計算值都有一定影響，如果我們能做到延長晶匣管的回轉(zhuǎn)運行時間，有利于靜止無功補償器動態(tài)響應(yīng)時間縮短，發(fā)揮晶匣管和靜止無功補償器的正常功能，提高效率。

靜止無功補償器與配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合連接之后，我們的配電網(wǎng)絡(luò)就能完成不同的功能，配電網(wǎng)絡(luò)的母線電壓上升，三相電壓變得穩(wěn)定。在我國的電力系統(tǒng)中出現(xiàn)過很多的問題和故障，如配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓、負(fù)荷電流時大時小等。這些問題的出現(xiàn)一方面說明我國的配電網(wǎng)絡(luò)不完善，另一方面暗示我國的電力網(wǎng)絡(luò)有待完善和加強。配電網(wǎng)絡(luò)正常情況下會有一些小干擾和機器震蕩，這些都會引起電力系統(tǒng)中的系統(tǒng)阻尼現(xiàn)象，由于阻尼依賴輸電系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)的電壓負(fù)荷狀態(tài)及發(fā)電機的設(shè)計等原因，這些不利因素慢慢的累積會給配電網(wǎng)絡(luò)帶來深層次的問題隱患，沒有問題則好，一旦出現(xiàn)問題則會給配電網(wǎng)絡(luò)帶來沉重打擊。

靜止無功補償器在它的容量范圍內(nèi)產(chǎn)生無功功率用來維持電壓的恒定不變，這給我們配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了保證。我們可以把靜止無功補償器想象成為一臺同步機，速度保持在一定的范圍內(nèi)并且速度相對很快。

靜止無功補償器中的無功功率建立在一種變磁感應(yīng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，靜止無功補償器中的無功功率是對需要的電功率進(jìn)行磁場改變和磁感應(yīng)，進(jìn)行的轉(zhuǎn)換和傳遞運動。無功補償是發(fā)電機或是一些電線提供的我們所知的靜止無功補償器中的無功功率，無功補償一般是由于滿足不了配電網(wǎng)負(fù)荷的需求度，配電網(wǎng)中人為地設(shè)置一些補償裝置來進(jìn)行無功功率的補充，這樣既不會造成電力系統(tǒng)的壓力，又能滿足用戶對配電網(wǎng)中無功功率的需要，這樣很多需要在額定電壓中進(jìn)行工作的電器設(shè)備才能正常工作，不會出現(xiàn)短路或是電器被燒壞的情況。靜止無功補償器中無功補償一般有三種補償方式：一種是低壓個別補償，是配電網(wǎng)中某些區(qū)域需要處于低壓狀態(tài)，這樣可以平衡其中的個別高壓區(qū)域；一種是低壓集中補償，在配電網(wǎng)中的某些地方我們需要大量的低電壓，那么根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷和低壓開關(guān)進(jìn)行整合獲得集中補償；一種是高壓集中補償，一般適用遠(yuǎn)離電壓場所的供電，這是將靜止無功補償器與電容器進(jìn)行融合在高壓母線上的補償方式。

3 結(jié)語

我們國家的電力企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和主力軍，這些年我國的經(jīng)濟(jì)一直都在快速發(fā)展，電力企業(yè)也在新的時代下不斷進(jìn)步，但是我國的電力企業(yè)與歐美發(fā)達(dá)國家相比較，我國配電網(wǎng)中電能的損耗非常大。電力資源是一種有限資源，是經(jīng)過其他資源進(jìn)行能源的二次轉(zhuǎn)換過來的，我們要珍惜和節(jié)約。面對電能在我國配電網(wǎng)中損耗如此之大，我們加強國家配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)能工作顯得非常重要。本文主要討論的就是配電網(wǎng)中運用的一種新裝置，靜止無功補償器裝置，這種新的補償裝置，滿足了我國配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無功補償需要，保證了配電網(wǎng)中電壓的穩(wěn)定性，提高了電壓功率因數(shù)，讓我國配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)變得越來越完善和穩(wěn)定。但是靜止無功補償器也存在一些問題，這些問題需要我們在配電網(wǎng)絡(luò)實際的操作中去防止和解決。靜止無功補償器投入到我國供配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用，起到了非常重要的作用，避免了很多不必要的電力資源浪費，為我國供配電網(wǎng)系統(tǒng)注入了一股新力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴珂，陳晶晶，宮力，等.采用多DSP的級聯(lián)型DSTATCOM分散控制策略[J].高電壓技術(shù)，2010，（11）.

[2] 浣威，涂春鳴，程瑩，等.高壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償系統(tǒng)[J].電力自動化設(shè)備，2010，（4）.

[3] 王光政，平增，張娟，等.配電網(wǎng)靜止無功補償器直流側(cè)電壓控制策略[J].電測與儀表，2013，（8）.

[4] 王光政，平增，張娟等.配電網(wǎng)靜止無功補償器的解耦控制策略[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013，（21）.

[5] 毛學(xué)魁，王偉.含風(fēng)電配網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制技術(shù)研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2011，（1）.

[6] 孟祥俠，婁娟.基于不同失穩(wěn)機理的動態(tài)無功補償裝置的配置[J].高壓電器，2011，（4）.

[7] 張涵軼，劉宇，戴功鵬，等.含SVC型雙饋風(fēng)電機對配電網(wǎng)保護(hù)仿真[J].計算機仿真，2014，（5）.

[8] 宋昭昭，馬小平，汪毅，等.基于直接電流控制的D-STATCOM動態(tài)建模與系統(tǒng)仿真[J].電測與儀表，2012，（6）.

作者簡介：楊永清（1981-），男，河北任丘人，供職于神華陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司，研究方向：熱能與動力工程。endprint