低壓配電系統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的探析

盧星宏

摘 要：城市供電作為日常居民生活密切相關(guān)的事情，它的運(yùn)行既要求實(shí)用性，同時(shí)也必須滿足較高的性價(jià)比。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，靜止無功補(bǔ)償裝置可以用來補(bǔ)償運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中的無功，有效地降低了電力損耗，提高了性價(jià)比。如何實(shí)現(xiàn)靜止無功補(bǔ)償？可以通過瞬時(shí)對(duì)稱分析這種方法，尋求一個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無功電流，這種方法除了可以求出實(shí)時(shí)的無功電流，也可以提高在SVC補(bǔ)償中的精確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；SVC瞬時(shí)對(duì)稱分量法

在當(dāng)前的城市低壓配電網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)情況日益凸顯：第一這種網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷密度很大；第二低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的非線性負(fù)荷增多。由此造成三個(gè)方面的問題：第一個(gè)問題是無功損耗的加大；第二個(gè)是電壓不穩(wěn)定，波動(dòng)頻繁；第三個(gè)是三相負(fù)荷不平衡。當(dāng)然除了這些主要問題之外還存在其他的相關(guān)問題，本論文不做重點(diǎn)研究。為滿足居民的正常，穩(wěn)定用電，低壓配電網(wǎng)絡(luò)必須滿足兩個(gè)要求：第一個(gè)是提高電壓合格率；第二個(gè)是保證電能質(zhì)量。而滿足這些要求的根本措施就是進(jìn)行無功補(bǔ)償。至于說無功補(bǔ)償裝置的具體實(shí)現(xiàn)是本研究的重點(diǎn)。

1 SVC的發(fā)展現(xiàn)狀

在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的SVC應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，并且可靠性已經(jīng)得到了充分的驗(yàn)證，但是在高電壓的等級(jí)系統(tǒng)中這種應(yīng)用并不是成熟。而且對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用中的晶閘管，電壓的等級(jí)越高，也就意味著晶閘管工作的可靠性越低。引起這個(gè)問題的主要原因是：第一晶閘管對(duì)于電壓的承受是有一定的極限，高出這個(gè)極限會(huì)導(dǎo)致晶閘管無法正常工作。第二如果為了滿足這樣高的工作電壓，就必須采取多支晶閘管串聯(lián)的方式，而串聯(lián)的晶閘管容易導(dǎo)致一致性方面的問題，一旦出現(xiàn)一致性通斷的問題就會(huì)使得晶閘管的通斷時(shí)間不一致，從而使得環(huán)流的產(chǎn)生，影響晶閘管的正常工作。

目前來說，國外的技術(shù)高于國內(nèi)的技術(shù)水平。在SVC響應(yīng)速度這個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)上，西門子和索尼做得相當(dāng)不錯(cuò)。但是正因?yàn)閲鴥?nèi)的技術(shù)水平無法達(dá)到國外的技術(shù)水平，使得這種高品質(zhì)的SVC嚴(yán)重依靠進(jìn)口，價(jià)格自然就要受制于人，比較昂貴。

2 SVC的工作原理

2.1 型式

SVC經(jīng)過多年的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，目前發(fā)展出來了許多型式，例如TCR型，TSC型，MSC型，TCT型等等。本研究的對(duì)象配電網(wǎng)絡(luò)所具有的特點(diǎn)主要是負(fù)電荷性質(zhì)和電氣參數(shù)，因而把研究的重點(diǎn)放在TCR，TSC兩種類型上。他們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：多組的電容器和一組的電抗器并聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)分相控制的功能。

在具體的電容器值得設(shè)置上需要根據(jù)負(fù)電荷來進(jìn)行，同時(shí)在每一組所并聯(lián)的電容器，它們的大小必須保持相等。在設(shè)計(jì)中需要注意的兩個(gè)問題是：每一組的電容器投切所引起的母線電壓變化應(yīng)低于規(guī)定電壓值的102.5%；另外在電抗容量值得選擇上應(yīng)注意取值稍大于電容器的容量值。

2.2 SVC的基本特性

2.2.1 支路的工作方式

TCR的連接方式采用星型或者三角形，但是考慮到在城市的低壓配電網(wǎng)絡(luò)中由于電網(wǎng)負(fù)荷的不平衡，所以一般采用較多的是星型連接，并且在TCR的方式上是單相的。

2.2.2 電壓電流的工作曲線

并聯(lián)的電容容量值在TSC支路上是固定的，依據(jù)這個(gè)進(jìn)行計(jì)算所發(fā)出的容性無功也是固定值。對(duì)于電抗器發(fā)出的感性無功大小的調(diào)節(jié)可以利用晶閘管開關(guān)觸角大小的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。有一個(gè)現(xiàn)象必須注意，那就是SVC電壓電流的曲線產(chǎn)生，這其中系統(tǒng)內(nèi)部的容性無功和感性無功實(shí)現(xiàn)抵消，使得在無功有感性到容性的連續(xù)調(diào)節(jié)上沒有了障礙。

2.2.3 系統(tǒng)的響應(yīng)特性

在系統(tǒng)的響應(yīng)特性中，主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是控制單元的響應(yīng)時(shí)間，還有一個(gè)是開關(guān)器件的響應(yīng)時(shí)間。

首先對(duì)于控制單元響應(yīng)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間從控制信號(hào)輸入到系統(tǒng)開始，到控制單元發(fā)出信號(hào)結(jié)束，中間經(jīng)歷采樣，分析，計(jì)算過程。在設(shè)計(jì)中要求這個(gè)響應(yīng)時(shí)間盡量小于15ms。

開關(guān)器件的響應(yīng)時(shí)間決定于器件本身的特性，設(shè)計(jì)中采用ms級(jí)別的器件可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)特性。

3 無功檢測方法

為了確定適合于系統(tǒng)的無功理論，需要對(duì)電網(wǎng)基波的電流分量進(jìn)行檢測，無功檢測的方法需要到達(dá)快速，精確地要求。

無功檢測的方法有多種形式，常用的主要有以下幾種形式：傅里葉變換，基于Fryze時(shí)域分析，自適應(yīng)閉環(huán)，小波變換，瞬時(shí)無功功率理。對(duì)于這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)，下面進(jìn)行一下介紹，在設(shè)計(jì)仿真的實(shí)現(xiàn)問題上進(jìn)行一一比較。

傅里葉變換可以準(zhǔn)確地分離出來基波，這樣可以增加檢測的準(zhǔn)確程度，排除其他成分的干擾，但是在設(shè)計(jì)上對(duì)于硬件電路的要求較高，不容易實(shí)現(xiàn)。其中最為困難的一點(diǎn)是電網(wǎng)頻率會(huì)發(fā)生波動(dòng)，而這種難以消除的波動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響檢測的精度。

基于Fryze時(shí)域分析的檢測算法，具有明顯的缺點(diǎn)。這個(gè)缺點(diǎn)就是延遲時(shí)間較長，而這種延遲的時(shí)間將會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間的下降問題。

這些分析都是基于理論上進(jìn)行的，而在實(shí)際的應(yīng)用上卻是另外一種狀況。對(duì)于SVC系統(tǒng)，對(duì)于精度的要求并不是十分嚴(yán)格，最關(guān)鍵是的需要一種簡單高效算法，而能夠滿足的這種方法可以通過dq0實(shí)現(xiàn)。

4 諧波對(duì)檢測算法的影響

在設(shè)計(jì)算法的設(shè)計(jì)中諧波是最大的影響因素，我們采用dq0的算法進(jìn)行無功檢測的設(shè)計(jì)，需要明白諧波和這種算法之間的有著怎樣的關(guān)系。Dq0算法是通過坐標(biāo)變換進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，這種變換的對(duì)象是瞬時(shí)基波正序分量，利用這種變換可以求出瞬時(shí)無功電流正序分量，其后對(duì)這個(gè)分量進(jìn)行反變換，就可以求出我們所需要的三相補(bǔ)償無功電流。這是算法的實(shí)現(xiàn)過程，但是在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，電網(wǎng)電流不可避免的會(huì)存在諧波分量，需要求出實(shí)際情況中包含的諧波電流有功分量，這個(gè)有功分量就是交流分量。

5 結(jié)語

本文是在深入分析SVC結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行解析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種新嘗試。通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的并聯(lián)電容器在性能上是要優(yōu)于感性無功電容器。另外在性價(jià)比這一指標(biāo)上，它要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于靜止無功發(fā)生器和有源電力濾波器。對(duì)于城市的低壓配電系統(tǒng)，采用這種設(shè)計(jì)的方法可以兼顧兩種功能，在補(bǔ)償感性無功的同時(shí)，補(bǔ)償少量容性無功。

參考文獻(xiàn)：

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