靜止無功補(bǔ)償器的分析

王鵬 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 江蘇徐州 221116

關(guān)健詞:無功補(bǔ)償 SVC PSCAD/EMTDC 仿真

1.無功功率的產(chǎn)生

眾所周知,在工業(yè)和生活用電負(fù)載中,感性負(fù)載占有很大比例.異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、熒光燈等都是典型的感性負(fù)載.異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占很大的比例.電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率.由于電網(wǎng)中存在大量必須吸收無功功率才能正常工作的感性負(fù)載,使線路電壓與線路電流在相位上存在一個(gè)角度差,這樣就引出了無功功率的概念.

2.無功補(bǔ)償概念和意義

由上一節(jié)可見,無功補(bǔ)償是維持現(xiàn)代電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必需的,無功補(bǔ)償對(duì)于供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的:電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不僅大多數(shù)負(fù)載要消耗無功功率,大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件也要消耗無功功率.網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)載所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得.顯然,這些無功功率由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的,通常也是不可能的.因此,合理的方法應(yīng)當(dāng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率,即進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償.

對(duì)電力系統(tǒng)中無功功率進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,可以實(shí)現(xiàn)如下的功能:降低過電壓;減少電壓閃變; 阻尼次同步振蕩;減少電壓和電流的不平衡;對(duì)動(dòng)態(tài)無功負(fù)荷的功率因數(shù)校正;提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,阻尼功率振蕩; 提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率,降低設(shè)備容量,減少功率損耗;在三相負(fù)載不平衡的場合,通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載;改善電壓調(diào)整.穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓,提高供電能量,在長距離輸電線中合適的地方設(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.

3.靜止無功補(bǔ)償器(SVC)

3.1 SVC概念

靜止無功補(bǔ)償器(Static Var Compensator——SVC),全稱為靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置,屬于有源補(bǔ)償器,所謂靜止是指沒有運(yùn)動(dòng)部件,這和同步調(diào)相機(jī)不一樣,它是一種專指基于晶閘管的靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置,屬于柔性交流輸電技術(shù)范疇,將電力電子元件引入傳統(tǒng)的靜止并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置,從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)目焖俸瓦B續(xù)平滑調(diào)節(jié)的補(bǔ)償裝置.通常是由并聯(lián)電容器組(或?yàn)V波器)和一個(gè)可調(diào)節(jié)電感量的電感元件組成.SVC與一般的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的區(qū)別是能夠跟蹤電網(wǎng)或負(fù)荷的無功波動(dòng),進(jìn)行無功的適時(shí)補(bǔ)償,從而維持電壓的穩(wěn)定.

FACTS技術(shù)的概念提出以后,大量的FACTS裝置先后被提出.SVC作為靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS中的重要一員,是其中一類較早就得到廣泛應(yīng)用的一種FACTS控制器.也是目前世界電力系統(tǒng)應(yīng)用最多、最為成熟的并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備之一.IEEE將靜止無功補(bǔ)償器(Static Var Compensator, SVC)定義為一種并聯(lián)型的靜止無功發(fā)生器或吸收器,其輸出可以調(diào)節(jié)以交換容性或者感性電流,從而維持或者控制電力系統(tǒng)中的某些特定參數(shù)(一般為母線電壓).

3.2 SVC的特點(diǎn)

SVC比以往的調(diào)相機(jī)具有投資省、損耗小、維護(hù)簡單、可靠性高,特別是響應(yīng)速度快、控制效果顯著等一系列優(yōu)點(diǎn),早已在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用,為電力系統(tǒng)提供了新的動(dòng)態(tài)電壓支撐手段.當(dāng)使用SVC對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí),和用直流換流器控制相比,它具有如下優(yōu)點(diǎn):無功功率控制與有功功率無關(guān);無功功率控制HVDC運(yùn)行無關(guān);無功功率控制不影響其他換流器;當(dāng)直流換流器閉鎖時(shí),能用SVC來降低過電壓.

4.總結(jié)和展望

近年來,大量電力電子裝置的應(yīng)用,給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的諧波干擾和無功沖擊,對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和用電設(shè)備的正常穩(wěn)定工作構(gòu)成威脅.有源電力濾波器和靜止無功補(bǔ)償裝置能夠?qū)χC波和無功功率進(jìn)行快速地動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償,為保證其補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)跟蹤,諧波和無功電流的瞬時(shí)檢測技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié).基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測法是電網(wǎng)畸變電流檢測的有效方法,其中基于ip、iq運(yùn)算方式的諧波電流檢測法在三相三線制電路中得到了成功應(yīng)用.

SVC相對(duì)于其它補(bǔ)償裝置,其優(yōu)勢(shì)是十分明顯的,具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用價(jià)值,應(yīng)用前景非常廣泛.由于作者水平所限及時(shí)間倉促,還有許多工作沒有完成.我認(rèn)為,今后可從以下幾方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn):

(1) 對(duì)電網(wǎng)三相電壓存在畸變或者不對(duì)稱等情況時(shí)的SVC性能進(jìn)行研究,提高系統(tǒng)實(shí)用性.本文SVC主控制器的仿真試驗(yàn)是基于理想化的電網(wǎng)狀態(tài),即電網(wǎng)電壓為三相正弦電壓.如何在對(duì)不對(duì)稱電網(wǎng)電壓下的無功進(jìn)行補(bǔ)償以及如何補(bǔ)償不對(duì)稱負(fù)載是今后值得研究的重要方面.

(2) 對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.提高系統(tǒng)功率,做較大容量的SVC裝置.本論文主要對(duì)SVC進(jìn)行了理論分析級(jí)仿真研究,并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)工作,希望以后早日實(shí)現(xiàn)SVC從實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)場投運(yùn)這關(guān)鍵的一步.

(3) 提高SVC的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度和補(bǔ)償精度,讓其能夠更有效地投入到電力系統(tǒng)的應(yīng)用中,能夠應(yīng)用在更廣泛的領(lǐng)域中,更多地為電力行業(yè)帶來方便.