淺談靜止無功補(bǔ)償裝置R_SVG在變電站的應(yīng)用

【摘要】隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷增長，電力客戶對電能質(zhì)量的要求越來越高。而隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)電壓波動(dòng)、無功功率時(shí)段性波動(dòng)已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的主要問題之一。本文綜述了變電站目前采用的各種無功補(bǔ)償技術(shù)， 分析比較了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及原理，著重介紹了靜止無功補(bǔ)償裝置RSVG在交流變電站應(yīng)用情況， 并總結(jié)各項(xiàng)措施的優(yōu)缺點(diǎn)，力求找到變電站無功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)措施。

【關(guān)鍵詞】靜止無功補(bǔ)償器;電壓質(zhì)量;并聯(lián)電容器;同步調(diào)相機(jī)

近些年來，伴隨電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)越來越大，電力負(fù)荷隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷攀升。在工業(yè)和居民用電負(fù)載中，感性負(fù)載占比很大。電動(dòng)機(jī)、變壓器、熒光燈等都是感性負(fù)載，而這些設(shè)備消耗了電力系統(tǒng)大部分的無功。另外，相控整流器等非線性負(fù)荷也越來越多，無功功率的消耗呈逐年增長趨勢。

一、對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在

1.無功不足導(dǎo)致系統(tǒng)電壓及功率因數(shù)降低，尤其是電壓峰谷時(shí)段波動(dòng)較大，供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。

2.無功功率的增加使總電流增大，進(jìn)而導(dǎo)致電力設(shè)備和線路的損耗增加，效率降低，減少設(shè)備壽命。

3.非線性負(fù)荷的增加也導(dǎo)致電力系統(tǒng)諧波污染，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率。

4.大大增加了系統(tǒng)諧振的可能性。

5.傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置相應(yīng)速度慢，不能迅速投入，不能滿足系統(tǒng)無功需求，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。系統(tǒng)中的無功電源包括發(fā)電機(jī)、線路電容、無功補(bǔ)償電容器組等。

電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償三原則為分層、分區(qū)和就地平衡，避免跨區(qū)、跨電壓等級(jí)傳送無功功率。

二、變電站采用的幾種無功補(bǔ)償措施

1.早期使用的同步調(diào)相機(jī)

早期在變電站安裝有同步調(diào)相機(jī)。一般運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，不帶機(jī)械負(fù)載也不帶原動(dòng)機(jī)，只向電力系統(tǒng)提供或吸收無功功率的同步電機(jī)。又稱同步補(bǔ)償機(jī)。用于改善電網(wǎng)功率因數(shù)，維持電網(wǎng)電壓水平。

由于同步電機(jī)處在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，可以從電網(wǎng)汲取相位超前于電壓的電流，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)（見功率因數(shù)的提高，因此在過去的生產(chǎn)實(shí)際中，除選用一部分同步電動(dòng)機(jī)外，還在電網(wǎng)的受電端裝設(shè)一些同步調(diào)相機(jī)，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載情況的不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁電流，可改變調(diào)相機(jī)汲取的無功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1。此外，在長距離輸電線路中，線路電壓降隨負(fù)載情況的不同而發(fā)生變化，如果在輸電線的受電端裝一同步調(diào)相機(jī)，在電網(wǎng)負(fù)載重時(shí)，讓其過勵(lì)運(yùn)行，增加輸電線中滯后的無功電流分量，從而可減少線路壓降;在輸電線輕載的情況下，讓其欠勵(lì)運(yùn)行，吸收滯后的無功電流，可防止電網(wǎng)電壓上升，從而維持電網(wǎng)的電壓在一定的水平上。同步調(diào)相機(jī)還有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。

優(yōu)點(diǎn)：具有具有有效過負(fù)荷容量，完全可控，低諧波分量。

缺點(diǎn)：維修要求高。控制響應(yīng)緩慢，特性對地點(diǎn)敏感，要求堅(jiān)固基礎(chǔ)。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和靜止無功補(bǔ)償器的推廣使用，調(diào)相機(jī)現(xiàn)已很少使用。

2.采用并聯(lián)電容器的方法，在變電站變低母線上安裝并聯(lián)電容器組

設(shè)置在變電站的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置一般都分組安裝，主要用以提高電壓和補(bǔ)償變壓器無功損耗。電容器組可隨電壓波動(dòng)自行投切。各分組容量不一定相等，一般為數(shù)千千乏至數(shù)萬千乏，主要通過VQC裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)變電站的變壓器抽頭和控制電容器組來達(dá)到調(diào)節(jié)電壓和無功的目的。

由于并聯(lián)電容器組補(bǔ)償容量是根據(jù)該變電站母線電壓而配置的，所以屬于不可調(diào)節(jié)型補(bǔ)償法，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償情況。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，在國內(nèi)普遍利用此方法來實(shí)現(xiàn)變電站的就地?zé)o功補(bǔ)償。

并聯(lián)電容器組運(yùn)行過程中的注意事項(xiàng)：

（1）由于受高次諧波和合閘涌流的影響，并聯(lián)電容器在實(shí)際運(yùn)行中需串聯(lián)小電抗，以限制涌流倍數(shù)和抑制高次諧波，減少對電力系統(tǒng)的沖擊。

（2）由于受運(yùn)行環(huán)境的影響，單個(gè)電容器故障率較高，經(jīng)常出現(xiàn)熔斷器（熔絲）熔斷情況，因此，電容器組最好在室內(nèi)或搭有頂棚的圍欄內(nèi)運(yùn)行，以減少故障率。

（3）電容器組存在分合閘時(shí)的操作過電壓，通常分閘操作的過電壓是主要的，其中分閘過電壓又主要出現(xiàn)在單相重?fù)舸r(shí)，兩相重?fù)舸┖鸵淮尾僮鲿r(shí)發(fā)生多次重?fù)舸┑膸茁示苄　?/p>

3.采用靜止無功補(bǔ)償?shù)姆椒?，在變壓器變低?cè)母線加裝高壓靜止無功補(bǔ)償器（SVG）

高壓靜止無功補(bǔ)償裝置主要由控制柜、功率柜和充電柜組成。并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當(dāng)于一個(gè)可變的無功電流源，其無功電流可以快速地跟隨負(fù)荷無功電流的變化而變化，自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)所需無功功率可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)。

SVG系列高壓靜止無功發(fā)生器工作時(shí)通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與交流側(cè)電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，類似一個(gè)電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此，當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)，SVG可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上，無功的性質(zhì)和大小靠調(diào)節(jié)電流來實(shí)現(xiàn)。

SVG是直接電流控制，電流輸出可以限幅，不會(huì)發(fā)生諧振或諧波電壓放大，安全性高。

輸出無功補(bǔ)償電流不隨母線電壓下降而下降。加上SVG的響應(yīng)速度快，使得其動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及電壓穩(wěn)定控制能力大大提高。

SVG在變電站實(shí)際運(yùn)行中遇到的問題：

（1）頻繁出現(xiàn)高壓斷路器無法合閘，主要是站控與各控制單元通訊異?；蛘吲月方佑|器出于合閘位。

（2）SVG與并聯(lián)電容器組聯(lián)合補(bǔ)償?shù)目刂撇呗赃€不夠完善。為了節(jié)省成本，變電站往往采用SVG與電容器聯(lián)合補(bǔ)償?shù)姆椒?，但是由于兩種方式的無功補(bǔ)償策略是單獨(dú)制定的，因此還需設(shè)備管理部門結(jié)合兩種方式特點(diǎn)制定統(tǒng)一的控制策略，才能實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償效能的最大化。

三、結(jié)束語

同步調(diào)相機(jī)由于其維護(hù)成本高、安裝不方便等性能已很少在變電站內(nèi)使用。在變壓器變低側(cè)母線假裝并聯(lián)電容器組由于其成本不高、安裝方便，是目前較普及的無功補(bǔ)償方式，但是其諧波污染和無法連續(xù)調(diào)節(jié)的問題也越來越突出。隨著電力負(fù)荷特性的多樣化，對電能質(zhì)量及無功補(bǔ)償?shù)囊笠苍絹碓礁撸琒VG由于其良好的動(dòng)態(tài)連續(xù)補(bǔ)償特性和有源特性，對維持受電端電壓，抑制電壓波動(dòng)和閃變，補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率具有顯著的作用，以后會(huì)在變電站中逐步普及。

總之，無功補(bǔ)償是系統(tǒng)性問題，應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)的角度來設(shè)計(jì)和確定局部電網(wǎng)及局部區(qū)域的無功補(bǔ)償措施，這樣才能夠綜合利用各種方法的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避各自的不足，在系統(tǒng)層面達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)設(shè)計(jì)。

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