淺談無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)與裝置

內(nèi)容摘要：在電力系統(tǒng)中，存在這一些做無用功的設(shè)備，并且使用這類電力裝備會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)電壓劇烈波動(dòng)。假使無功功率不能適時(shí)得到有效控制，就將會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生不利影響。另如何快速有效地解決電網(wǎng)中的無功功率不足問題系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先概述了對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)與裝置進(jìn)行介紹，包括無功補(bǔ)償電容器，靜止無功發(fā)生器。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償;電力系統(tǒng);補(bǔ)償設(shè)計(jì).

一、無功補(bǔ)償裝置

1無功補(bǔ)償電容器

目前在國內(nèi)無功補(bǔ)償電容器的應(yīng)用較多，設(shè)置無功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法之一。使用并聯(lián)電容補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)未接電容C時(shí)，流過電感L的電流為IL，流過電阻R的電流為IR，電源供給的電流為I1， I1=IR+jIL，此時(shí)相位角為φ1，功率因數(shù)為cosφ1。如果并聯(lián)電容器C與電源設(shè)備（如變壓器）或負(fù)載（如電機(jī)）并聯(lián)連接，則電源設(shè)備或負(fù)載所需的無功功率可能全部或部分由并聯(lián)電容器，即來自并聯(lián)電容器的容性無功功率。消耗的感性無功功率用于補(bǔ)償負(fù)載。并聯(lián)接入電容C后，由于電容電流IC與電感電流IL方向相反，使電源供給的電流由I1減小為I2， I2=IR+j（IL-IC），相角由φ1減小到φ2，功率因數(shù)則由cosφ1提高到cosφ2 。

聯(lián)電容器具有原理簡單，安裝維護(hù)方便、成本低等特點(diǎn)，目前變電站中大多使用 66kV、35kV 和 10kV 電壓等級(jí)的并聯(lián)電容器。但是它只能提供固定容量的無功，無功補(bǔ)償容量越大，裝置的體積也隨之增大。并聯(lián)電容器是目前配電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置，通過斷路器將電容器并聯(lián)接于電網(wǎng)，因?yàn)殡娙萜靼l(fā)出的容性電流超前電網(wǎng)電壓90o，而電網(wǎng)中的負(fù)荷呈感性，感性電流滯后電網(wǎng)電壓90o，容性電流與感性電流相抵消，達(dá)到補(bǔ)償無功的效果。為了避免浪涌電流時(shí)的輸入電容，與一定容量的電容器在反應(yīng)器的一端以減少開關(guān)過電壓和過電流的影響系列。電容器易受電網(wǎng)諧波影響和電網(wǎng)，有可能是電感的諧振，使諧波放大元件發(fā)生過電壓，電容器，因此燒毀事故。大容量電容器作為儲(chǔ)能元件，斷路器和網(wǎng)絡(luò)連接，根據(jù)功率電壓曲線運(yùn)行，功補(bǔ)償變化緩慢，對(duì)沖擊載荷的不敏感，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)快速功補(bǔ)償。

2靜止無功發(fā)生器

SVC高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置所示接入系統(tǒng)中，電容器提供固定的容性無功QC，補(bǔ)償電抗器通過的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無功QTCR的大小，感性無功和容性相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功QN= QV（系統(tǒng)所需）-QC+QTCR=常數(shù)（或0），可以實(shí)現(xiàn)常數(shù)電網(wǎng)功率因數(shù)、電壓波動(dòng)，幾乎關(guān)鍵在于精確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到了補(bǔ)償電流，晶閘管變流器設(shè)備和控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能。收集總線電壓無功電流價(jià)值和價(jià)值，無功功率的綜合價(jià)值，并設(shè)置恒無功功率值（可能是零），觸發(fā)角的大小，計(jì)算了晶閘管觸發(fā)裝置，所需的電流流過晶閘管。不對(duì)稱負(fù)載，使用steinmets理論實(shí)現(xiàn)階段調(diào)整，消除負(fù)序電流，三相電網(wǎng)平衡。

TCR的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與電抗器串聯(lián)。晶閘管在電源電壓的正負(fù)半周輪流工作，當(dāng)晶閘管的控制角α在90°到180°之間時(shí)，晶閘管受控導(dǎo)通（控制角為90°時(shí)完全導(dǎo)通，180°時(shí)完全截至）。在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)電壓不變的前提下，增加控制角度將減少，這是當(dāng)前降低感性無功功率設(shè)備;增加與減少的細(xì)胞控制角度將增加當(dāng)前的感性無功功率和設(shè)備。每條曲線是TCR在導(dǎo)通角為某一特定角度下的伏安特性。

靜止無功補(bǔ)償（SVC）裝置的主要型式可分為以下幾種：

（1）晶閘管投切電容器型（TSC）

晶閘管投切電容器型靜補(bǔ)主要根據(jù)負(fù)載感性無功功率的變化，切除或投入電容器組時(shí)，在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器銀行連接阻尼反應(yīng)堆，以降低晶閘管電流的影響，以及避免共振現(xiàn)象和系統(tǒng)阻抗。電容器組可控硅，電容器是在兩個(gè)極端的當(dāng)前值（零電流和諧波電流評(píng)級(jí)）開關(guān)，所以不產(chǎn)生諧波，這是它的優(yōu)點(diǎn)，但無功補(bǔ)償是一個(gè)步驟，可憐的響應(yīng)速度。TSC無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)是快速響應(yīng)（約10到20 ms），與它相比，雖然不是連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，但運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生諧波和損失少的優(yōu)點(diǎn)，因此在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，和許多細(xì)胞使用，構(gòu)成了TCR+ TSC型混合補(bǔ)償裝置。

（2）晶閘管相控電抗器（TCR）

晶閘管的觸發(fā)角從90°至180°連續(xù)調(diào)節(jié)，增大觸發(fā)角，TCR的等效導(dǎo)納增大，從而減小補(bǔ)償電路中的基波分量，電抗器的電路相應(yīng)地從額定值到零值連續(xù)變化，故通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變TCR所吸收的無功分量，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康?。單?dú)使用TCR只能吸收感性無功功率，因此常常與固定電容器（FC）并聯(lián)使用，二者配合使用時(shí)，被稱為TCR+FC型SVC。反映快速無功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)，約10 - 20 ms，運(yùn)行可靠，可以調(diào)節(jié)無功功率，分相控制技術(shù)已經(jīng)成熟，使用范圍廣，便宜的價(jià)格，與此同時(shí)，固定電容器系列調(diào)諧濾波器反應(yīng)堆可以小，細(xì)胞吸收諧波電流，無功補(bǔ)償設(shè)備這種類型的實(shí)際應(yīng)用最廣泛，電弧爐的控制電壓閃爍，幾乎總是使用這種形式。

（3）晶閘管相控電抗器和晶閘管投切電容器混合型（TCR+TSC）

主要由多個(gè)補(bǔ)償電容器和一組晶閘管相控電抗器組成，其基本原理是：根據(jù)系統(tǒng)的無功功率需求，向相應(yīng)的電容器組供電，并給出少量的補(bǔ)償條件，晶閘管相控電抗器重復(fù)使用Absorb部分無功功率抵消了系統(tǒng)過多的無功功率，從而使系統(tǒng)電壓水平達(dá)到了控制目的。然而，這種補(bǔ)償方式仍然是評(píng)定性反應(yīng)速度慢，感知條件產(chǎn)生大量諧波缺陷。

二、無功補(bǔ)償容量的選擇

無功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層（按電壓等級(jí)）和分區(qū)（按地區(qū)）補(bǔ)償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級(jí)傳輸。根據(jù)國家《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，無功補(bǔ)償與電壓調(diào)節(jié)應(yīng)以下列原則進(jìn)行：

a.總體平衡與局部平衡相結(jié)合;

b.電力補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合;

c.分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合;以分散為主集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功

d.降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

有優(yōu)勢和各種功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用不足。什么樣的補(bǔ)償裝置更適合城市配電網(wǎng)？首先，要考慮城市配電網(wǎng)的特點(diǎn)：1）負(fù)荷密度大，繁華的城市負(fù)荷密度大于40mW /平方公里，根據(jù)虛功補(bǔ)償裝置的配置需要大容量的原則;2）負(fù)載的多樣性，城市配電線路連接的商業(yè)和住宅用電負(fù)荷，具有各種性質(zhì)的行業(yè)，尤其是在未來的智能電網(wǎng)的發(fā)展，配電網(wǎng)將允許連接的分布式發(fā)電，電網(wǎng)功的多樣性，要求補(bǔ)償裝置具有廣泛的適應(yīng)性;3）在電能質(zhì)量（包括電壓，諧波，三相電壓不平衡等）需要高質(zhì)量的，電能質(zhì)量的必要保障城市的政治，文化，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活，但無功負(fù)荷時(shí)時(shí)都在變化，這就要求功補(bǔ)償裝置具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

姓名：劉釗辰（19870506），性別：男，籍貫：遼寧省朝陽市，單位：國電和風(fēng)風(fēng)電開發(fā)有限公司，研究方向：風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響