動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展

包順先

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及電能質(zhì)量的提高有十分重要的意義。本文介紹了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)中最有代表性的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）和靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），總結(jié)了它們的工程應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的未來發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償 電能質(zhì)量 靜止無功補(bǔ)償器（SVC） 靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）

1 引言

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性、輸送電能的質(zhì)量是其最根本的問題。一些大功率負(fù)荷的投入、退出，或者系統(tǒng)局部故障等，都會(huì)造成系統(tǒng)中有功功率和無功功率的大幅擾動(dòng)，從而對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。特別是如電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)荷容量的不斷增加，使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。另外，現(xiàn)在的直流輸電工程日益發(fā)展，大功率換流裝置（無論整流或逆變）都需要系統(tǒng)提供大量無功功率。特別是一端為弱系統(tǒng)或臨近的交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如果不能迅速補(bǔ)償大幅度波動(dòng)的無功功率，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失控或瓦解。

快速有效地調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無功功率，使整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷的潮流分配更趨合理，這對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定、調(diào)相、調(diào)壓、限制過電壓等等方面都是十分重要的。

2 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀

性能優(yōu)良的SVC（靜止無功補(bǔ)償器）和技術(shù)更為先進(jìn)的STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）已大規(guī)模應(yīng)用于電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)。

2.1 靜止無功補(bǔ)償器（SVC）

靜止無功補(bǔ)償器（SVC）于20上世紀(jì)70年代興起，現(xiàn)在是已經(jīng)發(fā)展的很成熟的FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）裝置，其被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線路補(bǔ)償（無功和電壓補(bǔ)償）。SVC裝置的典型代表有：晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）和濾波器組（FC）

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和控制技術(shù)的不斷提高，SVC向高壓大容量多套并聯(lián)的方向發(fā)展，以滿足電力系統(tǒng)對(duì)無功補(bǔ)償和電壓控制的要求。南瑞繼保在SVC的技術(shù)發(fā)展中做出了很大貢獻(xiàn)，為國內(nèi)外電網(wǎng)提供了多套大容量SVC系統(tǒng)。

安裝于新疆-西北聯(lián)網(wǎng)工程第二通道750kV沙州變電站的SVC系統(tǒng)容量為-360Mvar（感性）～360Mvar（容性），由兩套配置相同的SVC組成，直接接入變電站同一條66kV母線，每套SVC包含TCR（-360Mvar）×1，濾波器組（+180Mvar）×1。本工程SVC系統(tǒng)TCR單體容量達(dá)到360Mvar，直接接入電壓等級(jí)高達(dá)66kV，開啟了我國輸電系統(tǒng)大容量、高電壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器的新篇章。

2.2 靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）

STATCOM系統(tǒng)基于電壓源型變流器，采用目前最為先進(jìn)的無功補(bǔ)償技術(shù)，將IGBT構(gòu)成的橋式電路經(jīng)過變壓器或電抗器接到電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整控制目標(biāo)側(cè)電壓或者無功的目的。同時(shí)如果需要STATCOM在補(bǔ)償無功的基礎(chǔ)上對(duì)負(fù)載諧波進(jìn)行抑制，只要令STATCOM輸出與諧波電流相反的電流即可。因此，STATCOM能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無功功率和諧波電流的雙重目標(biāo)。

南瑞繼保研制的百兆乏直流換流站動(dòng)STATCOM在南方電網(wǎng)±500kV/3000MW永富直流富寧換流站順利投運(yùn)，該項(xiàng)目是大容量STATCOM裝置應(yīng)用于高壓直流輸電領(lǐng)域中的首個(gè)成功案例。此STATCOM系統(tǒng)包含協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和兩套35kV/±100MVAr STATCOM成套設(shè)備。換流閥采用多電平電壓源型換流器結(jié)構(gòu)，成套設(shè)備占地面積小、功率密度高，具備快速暫態(tài)無功補(bǔ)償、目標(biāo)電壓控制、交流系統(tǒng)故障穿越、協(xié)調(diào)控制等功能，是緩解直流換相失敗、無功電壓調(diào)節(jié)等的最佳解決方案，代表著柔性交流輸電和用戶電能質(zhì)量領(lǐng)域的前沿方向。

3 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展

當(dāng)前，除了對(duì)SVC、STATCOM等無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)一步研究，統(tǒng)一潮流控制器等新型無功補(bǔ)償裝置也有了新的進(jìn)展。

3.1 110kV直掛式SVC閥組

隨著大電網(wǎng)大容量輸電工程的建設(shè)，對(duì)無功容量需求不斷增加。通過研制110kV直掛式SVC閥組，可以不需要變壓器直接將SVC接入高壓交流輸電系統(tǒng)低壓110kV側(cè)，滿足大容量無功補(bǔ)償?shù)男枨螅瑫r(shí)也減小了設(shè)備的占地面積。110kV直掛式SVC閥組中關(guān)鍵技術(shù)正逐漸被攻克，這將成為高電壓、大容量的SVC裝置研究新的里程碑。

3.2 統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）

統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）是當(dāng)今世界上電力電子技術(shù)應(yīng)用的制高點(diǎn)，作為第三代FACTS設(shè)備代表，是迄今為止功能最全面的FACTS裝置，包括了電壓調(diào)節(jié)、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等能力，可以有效解決功率輸送不平衡問題、提升電網(wǎng)潮流輸送能力，同時(shí)對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行、提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定、阻尼系統(tǒng)的振蕩具有顯著的作用，應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)束語

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可以提高用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度越來越快，用電量也隨之在進(jìn)行增長，電力是人們工作和生活當(dāng)中不可或缺的能量，因此保證電力能夠高質(zhì)量可持續(xù)的供應(yīng)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到的極大的影響，因此動(dòng)態(tài)無功技術(shù)的應(yīng)用，成為了滿足電力需要的重要保證。

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作者單位

南京南瑞繼保電氣有限公司 江蘇省南京市 211111