動態(tài)無功補償裝置及其應用研究

【摘要】現(xiàn)今，我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們的生活水平也越來越高，電作為一種無污染、可再生的重要能源，已經(jīng)成為了人們的日常生活和工作中不可或缺的一部分。但是面對著巨大的供電量，我國的電網(wǎng)建設已經(jīng)難以滿足人們的需要，網(wǎng)絡損耗問題也日漸凸顯。無功補償裝置可以有效的減少網(wǎng)絡損耗，同時還可以為電網(wǎng)的安全運行提供有力的保障。本文介紹了無功補償與動態(tài)無功補償?shù)幕驹?，并介紹了國內(nèi)10KV無功補償裝置的應用情況。

【關鍵詞】應用；原理；無功補償

調(diào)查資料顯示，2012年全年我國社會用電量達到了4852億千瓦，同比增長了10.4%，但是我國仍然有部分地區(qū)的供電量不足。其中，企業(yè)用電的性質(zhì)以木材加工為主，居民生活用電量相對較少。無功補償裝置能夠有效的提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而減少了電壓崩潰現(xiàn)象的發(fā)生。此外，無功補償裝置還能大大減少網(wǎng)絡損耗，已經(jīng)成為了保障電網(wǎng)安全運行的重要組成部分。

1、無功補償裝置原理

無功補償裝置的原理就是是電網(wǎng)中呈容性或感性的元件。無功補償裝置的主要組成部分包括電容器組、投切元件以及保護元件等[1]。通常情況下人們都會選擇并聯(lián)電容來當作無功補償裝置，其基本原理如圖1所示。當無功補償之后，電壓的功率因數(shù)也會產(chǎn)生變化。

（1）電壓變化：

（2）輸出電壓：

其中，SC為短路容量。

（3）功率因數(shù)：

其中，QLC為補償?shù)臒o功容量。

根據(jù)上述三個公式就可以得到無功補償和功率因數(shù)之間的關系，如下圖2所示，同時還可以得出無功補償和系統(tǒng)電壓之間的關系。

2、動態(tài)無功補償裝置（英文縮寫為SVC）的基本原理

動態(tài)無功補償裝置的原理與傳統(tǒng)無功補償裝置相似，是通過控制晶閘管發(fā)角來實現(xiàn)改變接入系統(tǒng)中的動態(tài)無功補償裝置等效電納的大小的，最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)無功功率的目的，如下圖4所示?，F(xiàn)今人們經(jīng)常講到的無功補償裝置是專指使用晶閘管的無功補償設備。這種設備通常有以下三大類型，一類是具有飽和電抗器的無功補償裝置（英文縮寫為SR），第二類是晶閘管控制電抗器（英文縮寫為TCR），如圖5所示，第三類是晶閘管投切電容器（英文縮寫為TSC），如圖6所示。增加了可控電抗器之后就可以保證電網(wǎng)功率維持在合格的范圍，而不會出現(xiàn)無功倒送減小電網(wǎng)的運行電流。與此同時，還可以減少導線和變壓器上的損耗[2]。除此之外，還能夠大大減少主變分接頭的動作次數(shù)，從而提高了電壓的合格率與電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

3、國內(nèi)10kV配電網(wǎng)無功補償裝置現(xiàn)狀

電網(wǎng)無功功率是通過無功裝置來達到調(diào)節(jié)目的的，在二十世紀80年代和90年代，功率因數(shù)通常在0.8和0.85之間，2001年以來達到0.95至0.98?，F(xiàn)今10kV無功補償裝置存在的問題包括：①功能種類少，聯(lián)網(wǎng)能力不強，容易受到外界的干擾，而且控制的精度也偏低；②當借助在線測量的功率因數(shù)和整定的功率因數(shù)相比時，投切電容器很難避免的引起電壓和電流的不穩(wěn)定，這樣不僅降低了既供電質(zhì)量，同時還減少了設備的壽命；③現(xiàn)今仍然有很大一部分的中壓無功補償裝置采用普通開關來做投切工作，這樣很容易出現(xiàn)過量涌流與操作過電壓現(xiàn)象，而且當電流過大時，開關觸頭非常容易出現(xiàn)損壞問題[3]。如今，盡管SVC技術的發(fā)展水平已經(jīng)相當高了，但是該技術仍然有很大的發(fā)展?jié)摿Α鴥?nèi)不少的廠家已經(jīng)開始了對中壓無功補償裝置的研究，并采取了一定的完善措施，本文就投切元件、控制方式以及電力電容器三方面對裝置做進一步的分析。

3.1投切元件

晶閘管和復介開關是現(xiàn)今多數(shù)中壓無功補償裝置都會選擇的主要投切器件，但是它們無法同時保證自身的使用壽命和能耗與投切的平穩(wěn)度。所以，要解決這三大問題的關鍵就是選擇合適的投切元件。首先晶閘管受到涌流的沖擊之后非常容易出現(xiàn)損壞，而且它自身的結構也十分復雜，可靠性不強，價格也比較昂貴。通常情況下它只能應用在負荷頻繁變化的環(huán)境中，而在其他環(huán)境中則毫無用武之地。復介開關的構成之一則是晶閘管，所以它也能夠頻繁投切，但是它的結構也并不簡單，而且造價也不低?，F(xiàn)今真空同步開關很好的彌補了上述兩者的缺點，具有很強的可靠性，而且還有很長的使用壽命省去了維護環(huán)節(jié)等，目前它在中壓領域的應用范圍也在日漸擴大。

3.2控制方案

3.2.1控制器內(nèi)的主控芯片 二十世紀八十年代以8051單片機為核心的無功補償裝置問世了，其應用領域通常是一般用電負荷，它具有多種實用功能，而且性價比也很高[4]然而這種無功補償裝置卻存在一個很大的缺陷，就是無法滿足復雜控制算法的要求。之后出現(xiàn)的DSP芯片完成了實時采集的任務，它能夠在沖擊性負荷中正常工作，而且具有很快的反應速度，然而它的接口太少，不容易進行擴展。最近幾年，人們研制出了一種專用電能計量芯片與微控制器的組介，它可以滿足要求較高的場所的需求，而且反應速度很快。這一組介不僅簡化了軟硬件設計過程，同時還有效提高了系統(tǒng)采樣與計算的精度。

3.2.2IEC61850在控制器中的應用 IEC61850是關于變電站自動化系統(tǒng)結構和數(shù)據(jù)通信的國際標準。它的存在意義是為變電站廠家的智能電子設備之間的連接提供一個標準，保證其信息的共享順利進行，從而完成變電站無縫通信的重要目標。IEC61850協(xié)議的出現(xiàn)有效的加快了我國數(shù)字化變電站的建設進程，使得我國的無功補償裝置的發(fā)展翻開了新的篇章[5]。

3.3電力電容器

一般情況下，補償用的電容器往往是決定無功補償裝置好壞的重要標準。二十世紀五十年代初期，我國剛剛開始了對電力電容器的制造，現(xiàn)今，電容器已經(jīng)成為了無功電源領域不可或缺的組成部分之一，并且在電力系統(tǒng)中的功率因數(shù)與調(diào)節(jié)電壓量方面扮演著重要的角色。除此之外，電容器還成為了電力系統(tǒng)諧波濾波裝置、并聯(lián)無功補償以及串聯(lián)補償?shù)闹行钠骷?。其中的高壓自愈式電容器不僅能夠保證系統(tǒng)的安全問題，同時還有環(huán)保的功效，其應用領域也在逐漸擴大。

4、動態(tài)無功裝置的應用

靜止無功裝置比動態(tài)無功裝置的技術更加成熟，而且結構也更加簡單，因此前者的應用范圍較后者更廣[6]。目前動態(tài)無功裝置在電力系統(tǒng)中的應用是十分廣泛的，其主要優(yōu)點包括：①提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，將動態(tài)無功裝置安裝在中長距離的輸電電路中點能夠有效的提高整個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，同時還能為出現(xiàn)故障后的電機提供更多的減速面積；②有力的支持系統(tǒng)電壓，避免電壓崩潰，當系統(tǒng)出現(xiàn)了故障或當電流驟然增大的以瞬間，動態(tài)無功裝置可以向系統(tǒng)提供瞬間的無功補償來有效避免電壓崩潰；③阻尼系統(tǒng)振蕩，動態(tài)無功裝置能夠快速、平滑的對無功和電壓進行調(diào)節(jié)，并且能夠調(diào)制狀態(tài)工作；④補償不平衡負荷，當負荷出現(xiàn)不平衡情況時，動態(tài)無功裝置能夠?qū)ο到y(tǒng)進行補償，從而使得供電電流達到三相平衡，使單相負荷變成三相負荷而不會出現(xiàn)無功分量；⑤抑制負荷側電壓波動和閃變，校正功率因數(shù)。與此同時，動態(tài)無功裝置還應用在了電氣化鐵路牽引變電所中，它很大程度上提高了其功率因數(shù)，而且還減少了變壓器與輸配電線路的損耗[7]。除此之外，動態(tài)無功裝置還應用在了煤礦中的提升機上，大大提高了電網(wǎng)質(zhì)量，最大限度的降低了由于電壓波動造成的不良影響。

5、總結

無功功率不僅在保證電能質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用，還在降低電網(wǎng)損耗中扮演著重要的角色。無功補償與供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著緊密的聯(lián)系，同時還與電網(wǎng)的功率因數(shù)有關。人們的用電量在日漸增加，因此，動態(tài)無功補償裝置必須得以發(fā)展和進步，來不斷滿足人們的用電需求。最近幾年科學技術在不斷的飛速發(fā)展，動態(tài)無功補償裝置定將在未來的時間里不斷滿足人們?nèi)諠u增長的需求，并實現(xiàn)快速發(fā)展。