靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研究

蘇振宇

摘 ?要 ?隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)中電力負(fù)荷不斷增大，尤其是現(xiàn)代電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、電弧爐等非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)電能質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，產(chǎn)生大量的無功功率，降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，造成供電母線的電壓波動(dòng)、閃變，引起電網(wǎng)三相不平衡，同時(shí)給電網(wǎng)輸入大量的諧波。鑒于這些問題，本文采用靜止無功補(bǔ)償裝置（Static Var Compensator ，SVC）對(duì)無功進(jìn)行補(bǔ)償，并采用晶閘管控制電抗器（Thyristor Controlled Reactor，TCR）對(duì)無功裝置進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)無功，改善供電質(zhì)量，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 ?SVC裝置 ?晶閘管控制 ?三相不平衡 ?控制方法

1 ?無功補(bǔ)償?shù)囊蟆⒆饔眉霸瓌t

在現(xiàn)代企業(yè)中，數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70-0.85之間，企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右，這樣可以減少電網(wǎng)功率的輸入，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國(guó)關(guān)于無功和電壓的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：

GB12325-2008電能質(zhì)量-供電電壓允許偏差;

GB12326-2000電能質(zhì)量-電壓波動(dòng)和閃變;

GB/T 15543-2008電能質(zhì)量-三相電壓不平衡;

GB50227-2017 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范;

國(guó)家制定以上標(biāo)準(zhǔn)，從發(fā)電、供電、用電各方面對(duì)無功、電壓提出了明確要求。對(duì)大型工業(yè)企業(yè)來講，如果功率因數(shù)小于允許值，則要求進(jìn)行無功補(bǔ)償。

無功補(bǔ)償對(duì)于維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是十分重要的。其補(bǔ)償?shù)淖饔糜校?/p>

（1）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制系統(tǒng)電壓波動(dòng)及閃變，改善系統(tǒng)的不平衡。在交流電弧爐、電氣化鐵道等三相負(fù)荷不平衡的場(chǎng)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)荷;

（2）補(bǔ)償無功功率，提高供電系統(tǒng)及改善用電負(fù)荷的功率因數(shù)，減少線路功率損耗，在長(zhǎng)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;

（3）減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資。

為了使無功補(bǔ)償取得最佳的綜合效益，補(bǔ)償還應(yīng)遵循的原則是：全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡的原則來確定最優(yōu)的補(bǔ)償容量和分布方式。

2 ?靜態(tài)無功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/p>

單獨(dú)的TCR由于只能提供感性的無功功率，因此往往與并聯(lián)電容器FC （Fixed Capacitor）配合使用。并聯(lián)上電容器后，使得總的無功功率為TCR與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的凈無功功率，因而可以將補(bǔ)償器的總體無功電流偏置到可吸收容性無功的范圍內(nèi)。另外，并聯(lián)電容器串上小的調(diào)諧電抗器還可兼作濾波器，以吸收負(fù)載和TCR產(chǎn)生的諧波電流。通過控制與電抗器串聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，既可以消耗系統(tǒng)感性無功，又可以消耗系統(tǒng)容性無功。由于該類補(bǔ)償器的響應(yīng)時(shí)間快（小于半個(gè)周波），運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，可以平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率，起到靈活調(diào)節(jié)無功功率的大小或極性的作用，故能很好地對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

3 ?靜態(tài)無功補(bǔ)償控制模型

4 ?基于潮流計(jì)算的無功優(yōu)化

在控制中加入配電系統(tǒng)的潮流計(jì)算，分析無功分布，進(jìn)行無功優(yōu)化，使全網(wǎng)的網(wǎng)損達(dá)到最小。針對(duì)所研究工業(yè)企業(yè)重要負(fù)荷供電系統(tǒng)的特征，我們采用前推回代潮流計(jì)算方法，面向支路的前推回代潮流計(jì)算方法直接取用支路參數(shù)，在輻射狀網(wǎng)絡(luò)的分析中得到廣泛應(yīng)用。輻射狀網(wǎng)絡(luò)的顯著特征之一是從任意給定的母線到源節(jié)點(diǎn)具有唯一的路徑，沿這一唯一的供電路徑修正電壓和電流。前推回代潮流計(jì)算方法在回推過程中計(jì)算的是各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流，從末梢節(jié)點(diǎn)開始，通過支路電流的求和計(jì)算，獲得各條支路的電流，在前推過程計(jì)算中利用已設(shè)定的源節(jié)點(diǎn)電壓作為邊界條件計(jì)算各支路電壓降和末端電壓，如此不斷的重復(fù)前推和回推兩個(gè)步驟，直到收斂。

5 ?結(jié)論

本文簡(jiǎn)單分析了針對(duì)三相不對(duì)稱負(fù)荷的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的工作原理，并以此建立了控制模型對(duì)其進(jìn)行控制研究，最后介紹了基于潮流計(jì)算的無功優(yōu)化方法。

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