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电网无功补偿装置综述


    电网无功补偿的方法有很多种,无功补偿技术的发展与进步主要就是表现在无功补偿装置的发展与进步。无功补偿装置从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子组件的应用经历了跨度很长的发展历程。

(1)同步调相机:同步调相机是一种无功功 率电源,相当于空载运行的同步电动机。同步调相机属于有源补偿器,可以根据实际需要控制其励磁电流,使其分别工作在过励磁或欠励磁的状态下,从而控制它向电网中发出无功功率或吸取无功功率。在过励磁运行状态下,同步调相机向电网供给感性无功功率从而起到无功电源的作用,可提高系统电压;在欠励磁运行状态下,它会从电网吸取感性无功功率而起到无功负荷的作用,从而降低系统电压。同步调相机欠励磁运行时吸取无功功率的能力,大概是为其过励磁运行发出无功功率能力的50%,---65%。调相机主要装设在枢纽变电所,同并联电容器补偿相比,有其自身的优点:系统电压下降时,通过维持或提高本身的出力,可以给系统提供紧急的电压支撑,能进行动态无功补偿。但同步调相机属于旋转设备,运行中的有功损耗和噪声都比较大,还存在着投资费用大、动态调节响应慢、运行维护复杂等缺点。目前在电力现场同步调相机仍少有使用,但同步调相机正逐渐被性能更优的众多新型无功补偿装置和设备所取代。

(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,它可以提高负荷侧功率因数以减少无功功率流动从而提高受端电压、降低网损。并联电容器只能发出无功功率,不能吸取无功功率,主要应用于配电线路和低压侧的无功补偿。它需要根据负荷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来实行,开关起初由人工来进行手动操作,八九十年代由于电子工业的兴起而采用模拟电子器件来实现对开关的自动投切达到自动无功补偿的目的,两千年后由于IT数字技术和网络通信技术的高度发展,使得电力系统实现了调度自动化、配网自动化和无功补偿自动化。可通过调度自动化系统或其他方式获取供电所各线路的有功、无功和功率因数等运行参数,通过集控微机和远程网络通信技术将无功补偿控制命令送到所属电网线路各个电容投切控制器(MCU组成的 二级智能控制)达到精确补偿,从而实现了电网高度自动化(配网自动化、调度自动化和无功补偿自动化)。并联电容器组的补偿方式结构简单,灵活方便,而且比较经济。与同步调相机相比,它具有单位容量投资费用低、功耗小、运行维护方便、可以分散安装以实现无功功率就地补偿等特点,得到许多电力威尼斯正规官网的青睐和认可。早期的并联电容器的补偿方式,由于技术的原因只能补偿固定无功,不能动态地跟踪负荷无功功率的变化,不能实现对无功功率的动态补偿,还可能与系统发生并联谐振,导致谐波放大。而且电容器的投切是由人工手动完成的,投切实时性差,不能及时检测电网的运行状态、跟踪电网无功负荷的变化,使得电网的无功补偿波动较大,甚至还有涌流的产生。高质量的无功补偿无法实现,这是并联电容器早期使用时无法避免时的弊端。

(3)并联电抗器:并联电抗器主要用于吸取超高压长距离架空线和电缆线的过剩无功功率,以防止有过多无功功率注入负荷。并联电抗器一般是经过直接接到超高压线路、或经主变压器三次侧或较低电压母线的两种接线方式接入电网。两种接线方式各有优缺点,在实际接线中具体采用何种方式,应按照具体情况而定。直接接到超高压线路上时,并联电抗器可以与中性点小电抗配合,有利于输电线路单相重合闸时故障相的消弧,从而保证成功实施单相重合闸;还可以限制高压线路的过电压;但是造价过高。接到主变压器三次侧或较低电压母线上时,造价就可以很低,而且操作也很简便。

(4)静止无功补偿器:静止无功补偿器(SVC)出现在上世纪70年代初期,它通常由静电电容器、电抗器及检测与控制系统组成。目前,静止无功补偿器常用的 有TCR型的晶闸管控制电抗器,TSC型的晶闸管投切电容器和SR型的饱和电抗器三种。TCR型的晶闸管控制电抗器是由TCR和若干组的不可控电容器组 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来控制通过电抗器的电流。它只是以晶闸管开关取代了传统的机械开关,但其性能要明显优于机械开关的投切电抗器。TSC型的晶闸管投切电容器主要是由一组并联的电容器组成,双向晶闸管与每一台电容器串联。晶闸管仍代替传统无功补偿装置的机械开关起开关作用。SR型的饱和电抗器主要是由饱和电抗器与串联电容器组成。它具有稳压特性,还有快速、可靠、可抑制三相不平衡、过载能力强、产生谐波小等优点;但它在运行时铁芯损耗较大,且造价过高。

(5)静止无功发生器:静止无功发生器(SVG)也称静止调相机或静止同步补偿器,是上世纪80年代出现的较为先进的静止无功补偿装置。在装置中,六个可关 断晶闸管(GTO)分别与六个二极管反向并联。与SVC静止无功补偿器相比,静止无功发生器的响应速度更快,谐波电流含量更小,运行范围更广。以上几种补 偿装置还不能满足现代电网灵活、准确、快速的要求,随着计算机技术和电力电子技术的进步及其他学科的交叉影响,许多新型电力电子器件得以应用在无功补偿领域,出现了多种新的无功补偿技术。电力电子技术是现代无功补偿技术的基础,电力电子器件的发展使无功补偿改变了交流输电网过去动作缓慢、间断、不准确的控制现状,而提供了快速、连续和精确的控制能力。于是出现了动态补偿。动态补偿方式应该说是电力器件与数字技术综合的技术结晶,晶闸管控制的静止无功补偿装置被应用到无功补偿领域。无功补偿控制器根据采集到的电网数据,计算出当前电网所需的无功补偿量,继而发出控制信号控制并联电容器组的投切以达到实时补偿的目的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。动态补偿的优点很多:投切速度快,无涌流,无触点,维修少,使用寿命长等。

 


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