淺談電力系統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

徐志宗

摘要：電力系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)水平與無功功率具有直接相關(guān)性，無功功率平衡的情況下，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓水平才能保持理想狀態(tài)。從當(dāng)前電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償情況來看，存在一些無功功率變化比較頻繁的設(shè)備，需要無功功率補(bǔ)償，保證設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。本論文著重于研究電力系統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);靜止;無功補(bǔ)償技術(shù);現(xiàn)狀;發(fā)展

電力系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)無功功率是否保持平衡狀態(tài)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓水平起到了決定性的作用?，F(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域需要系統(tǒng)電壓有較高的穩(wěn)定性，特別是精密設(shè)備，如果電壓不穩(wěn)定，就會(huì)影響設(shè)備的性能，甚至對(duì)設(shè)備產(chǎn)生破壞性作用，比如，光學(xué)精密設(shè)備了、醫(yī)療設(shè)備等等，都需要無功功率補(bǔ)償。如果采用傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，就是將電容器、同步發(fā)電機(jī)以及調(diào)相機(jī)并聯(lián)起來，由于并聯(lián)電容器阻抗不能做出調(diào)整，其對(duì)負(fù)荷無功功率所產(chǎn)生的變化不能動(dòng)態(tài)跟蹤，同時(shí)一些補(bǔ)償設(shè)備，諸如調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，同步發(fā)電機(jī)也是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行的過程中不僅損耗大，而且產(chǎn)生很大的噪聲，如果無功補(bǔ)償太大或者太小都不太合適，無法適應(yīng)當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。無功補(bǔ)償過程中選擇靜止無功補(bǔ)償裝置，使用晶閘管無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行靜止無功補(bǔ)償。這樣的無功補(bǔ)償裝置主要包括三種類型：第一種類型是具有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償償裝置;第二類是晶閘管控制電抗裝置;第三種是自換向交流技術(shù)的靜止無功補(bǔ)償裝置。本文的研究中，主要是對(duì)這三類無功補(bǔ)償裝置的現(xiàn)狀以及發(fā)展情況予以介紹。

一、具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置

飽和電抗器主要包括兩種：第一種為自飽和電抗器;第二種為可控飽和電抗器。兩種電抗器使用的飽和無功補(bǔ)償裝置為，前一種是自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置，其要發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)墓δ?，就需要電抗器自身所具備的能力將電壓穩(wěn)定，其所發(fā)揮的作用是通過鐵心的飽和特性對(duì)發(fā)出的無功功率以及吸收的無功功率予以有效控制[·1]。飽和電抗器是運(yùn)用鐵心的飽和程度對(duì)繞組中電流予以控制，使得繞組的感抗發(fā)生改變。要進(jìn)一步控制無功電流，采用靜止無功補(bǔ)償裝置的效果會(huì)更好一些。早在二十世紀(jì)60年代，英國就已經(jīng)將這種裝置制成成功，后來美國通用電氣公司也將靜止無功補(bǔ)償裝置制成。這種裝置之所以能夠有效發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)淖饔?，是由于其飽和電抗性能高，但是需要投入的成本也是很高的，與普通的電抗器相比較，要多3倍，而且電抗器的硅鋼片處于持續(xù)飽和狀態(tài)，造成鐵心大量損耗，與并聯(lián)電抗器相比較，損耗的程度可以達(dá)到3倍之多。靜止無功補(bǔ)償裝置還有一些不足之處，比如，其振動(dòng)性比較大，產(chǎn)生很大的噪聲，對(duì)于裝置的調(diào)整需要很長的時(shí)間，采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞?，補(bǔ)償?shù)乃俣嚷Ｕ怯捎陟o止無功補(bǔ)償裝置存在這些缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。

二、晶閘管控制電抗裝置

將兩個(gè)晶閘管并聯(lián)，然后與電抗器串聯(lián)，連接為一個(gè)三角形。所形成的這種電路連接到電網(wǎng)中，就可以起到交流調(diào)壓器的作用，承擔(dān)電路接電感性負(fù)載。這種連接方法在實(shí)際中應(yīng)用，在設(shè)計(jì)降壓變壓器的時(shí)候，使用漏抗的電抗變壓器，結(jié)合使用可控硅控制的電抗變壓器，就不需要變壓器單獨(dú)接入了，將斷路器電抗變壓器的次繞組與高壓線路之間直接連接，一次繞組連接到較小的電抗器上，再連接到可控硅閥，對(duì)電抗變壓器的第三繞組使用合適的回路，就可以起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。比如，安裝濾波器，就可以使得無功補(bǔ)償過程中所產(chǎn)生的諧波量減少[2]。

如果單獨(dú)運(yùn)行T細(xì)胞受體，對(duì)無功功率起到吸收的作用，而無功功率無法發(fā)出來，這是需要解決的問題。面對(duì)這樣的問題，就需要將并聯(lián)電容器配合使用T細(xì)胞受體，就會(huì)形成無功補(bǔ)償裝置，根據(jù)投切電容器的不同元件，可以將其劃分為T細(xì)胞受體靜止無功補(bǔ)償和固定電容器靜止無功補(bǔ)償。T細(xì)胞受體配合使用斷路器投切電容器的靜止無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行過程中，發(fā)揮了T細(xì)胞受體的作用，補(bǔ)償器的反應(yīng)速度加快，使用更加靈活。在當(dāng)前的輸電系統(tǒng)中以及企業(yè)單位對(duì)這種補(bǔ)償方式使用，而且固定電容器補(bǔ)償裝置在無功補(bǔ)償中發(fā)揮重要的作用，其是從感性范式延伸到容性范式，這就需要電抗器的容量足夠，能夠更好地發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。如果補(bǔ)償器在運(yùn)行的過程中吸收的無功電流非常小，那么電抗器和電容器也都會(huì)吸收一定的無功電流，而且相互之間可以抵消。TSC+MSC型補(bǔ)償器的運(yùn)行中，通過采用分組投切電容器，就可以將這種缺點(diǎn)化解，防治斷路器的投入過于頻繁以及不斷地切除，保證斷路器的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、晶閘管投切電容器

對(duì)于電容器組頻繁投切的問題要有效解決，就需要運(yùn)行TSC裝置，采用并聯(lián)的方法，然后將電容器接入到電網(wǎng)當(dāng)中，或者從電網(wǎng)中斷開，與小電抗器之間串聯(lián)，就可以對(duì)電容器投入起到一定的抑制作用。當(dāng)電網(wǎng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，就會(huì)有沖擊電流TSC產(chǎn)生，其主要是用于三相電網(wǎng)中，構(gòu)成三角形的連接方式，當(dāng)然也可以根據(jù)需要形成星形連接方式，對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)通常使用星形連接方式[3] 。如果是負(fù)荷比較小的對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，通常會(huì)采用三角形的連接方式。無論是采用哪一種連接方式，都是用電容器分組投切，主要的作用是對(duì)無功電流進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，當(dāng)然，電容器級(jí)數(shù)決定武功電流的調(diào)節(jié)效果，級(jí)數(shù)越多，效果就會(huì)越好。但是，由于系統(tǒng)非常復(fù)雜，而且還需要經(jīng)濟(jì)投入，使用K-1個(gè)電容值為C的電容即可，如果電容值為C/2的電容，就可以構(gòu)成2K級(jí)的電容組數(shù)，其投切時(shí)間比較短，可以保證電壓穩(wěn)定。也就是說，電容器兩端電壓與電源電壓之間是相等的，此時(shí)投切相應(yīng)的電容器，電路所產(chǎn)生的沖擊電流通常為零。補(bǔ)償裝置所發(fā)揮的作用是確保投切電容器更好地發(fā)揮作用，通常對(duì)電容器進(jìn)行充電，然后投入電容器。

四、新型靜止無功發(fā)生器

電力技術(shù)不斷升級(jí)，將變流器充分利用起來進(jìn)行無功補(bǔ)償是非常必要的，相關(guān)的力量研究比較完善。隨之，逐漸出現(xiàn)了應(yīng)用交流技術(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，這種靜止補(bǔ)償器所發(fā)揮的補(bǔ)償作用是采用自換相橋式電路，將其與電網(wǎng)并聯(lián)，或者并聯(lián)到電抗器上，使得電網(wǎng)運(yùn)行的過程中可以自動(dòng)切換到交流技術(shù)的靜止無功補(bǔ)償裝置。這種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理是，當(dāng)逆變器脈寬保持不變的時(shí)候，調(diào)節(jié)逆變裝置就會(huì)有電壓輸出，與系統(tǒng)電壓之間形成夾角，就可以對(duì)無功功率有效補(bǔ)償，保持無功功率的有效發(fā)出或吸收。

五、結(jié)論

通過上面的研究可以明確，自換向交流技術(shù)的靜止無功補(bǔ)償裝置所發(fā)揮的補(bǔ)償作用是采用橋式電路，通過多重化技術(shù)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。對(duì)于諧波的處理則是采用多電平技術(shù)或者脈沖寬度調(diào)制技術(shù)進(jìn)行處理。如果諧波限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，采用自換向交流技術(shù)的靜止無功補(bǔ)償裝置，不需要發(fā)揮儲(chǔ)能元件的作用，就可以與系統(tǒng)之間進(jìn)行無功交換。實(shí)際上是發(fā)揮直流電容的作用對(duì)直流電源電壓予以維護(hù)，與具有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置和晶閘管控制電抗裝置使用的交流電容相比較，直流電容量要更較小一些，而且資金投入量少，電壓質(zhì)量得以改善。

參考文獻(xiàn)：

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