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漫談電網(wǎng)的無功補(bǔ)償
2024-07-02
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  ?目前世界范圍內(nèi)掀起環(huán)境保護(hù)的熱潮,電力系統(tǒng)是一種的特定環(huán)境,公用電網(wǎng)中出現(xiàn)的無功功率,是電網(wǎng)本身的運(yùn)行規(guī)律所決定,但它給電網(wǎng)運(yùn)行帶來了許多麻煩。無功功率是一種既不能作有功,但又會(huì)在電網(wǎng)中引起損耗,而且又是不能缺少的一種功率。

  在實(shí)際電力系統(tǒng)中,異步電動(dòng)機(jī)作為傳統(tǒng)的主要負(fù)荷使電網(wǎng)產(chǎn)生感性無功電流;電力電子裝置大多數(shù)功率因數(shù)都很低,導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)大量的無功電流。無功電流產(chǎn)生無功功率,給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)且影響供電質(zhì)量。因此,無功功率補(bǔ)償(以下簡稱無功補(bǔ)償)就成為保持電網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行的一種主要手段之一,這也是當(dāng)今電氣自動(dòng)化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨發(fā)展的一個(gè)重大課題,且正在受到越來越多的關(guān)注。

  設(shè)置無功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法,目前在國內(nèi)外均獲廣泛應(yīng)用。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián),以并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn),但其阻抗是固定的,故不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化,即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

  隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,要求對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,從而產(chǎn)生了同步調(diào)相機(jī)(Synchronous Condenser--SC)。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī),在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的情況下,能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自20世紀(jì) 2、30年代以來的幾十年中,同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)中作為有源的無功補(bǔ)償曾一度發(fā)揮著主要作用,所以被稱為傳統(tǒng)的無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,而且響應(yīng)速度慢,難以滿足快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊蟆?/span>

  20世紀(jì)70年代以來,同步調(diào)相機(jī)開始逐漸被靜止型無功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator--SVC)所取代,目前有些國家已不再使用同步調(diào)相機(jī)。早期的靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器(Saturated Reactor--SR)型的,1967年英國GEC公司制成了世界上第一批該型無功補(bǔ)償裝置。飽和電抗器比之同步調(diào)相機(jī)具有靜止、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn);但其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài),因而損耗和噪聲還是很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡,所以未能占據(jù)主流。

  電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,將晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了無功補(bǔ)償?shù)奈枧_(tái)。1977年美國GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中演示運(yùn)行了晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置。1978年此類裝置投入實(shí)際運(yùn)行。隨后,世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產(chǎn)品。近10多年來,占據(jù)了靜止無功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。于是靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置,包括晶閘管控制電抗器(Thyristor ontrolled Reactor--TCR)和晶閘管投切電容器(Thyistor Switched Capactor--TSC),以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC),或者TCR與固定電容器(Fixed Capacitor--FC)或機(jī)械投切電容器(Mechanically Switched Capacitor--MSC)混合使用的裝置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。

  隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,20世紀(jì)80年代以來,一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了,這就是采用自換相變流電路的無功補(bǔ)償,有人稱為靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator--SVG),也有人稱其為高級(jí)靜止無功補(bǔ)償器(Advanced Static Var Compensator--ASVC)或靜止調(diào)相器(Static Condenser--STATCON)。最近,日本和美國已分別有數(shù)臺(tái)SVG裝置投入實(shí)際運(yùn)行。

  目前,除對(duì)SVC和SVG的無功補(bǔ)償進(jìn)一步的探討外,人們還研究用于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)钠渌鞣N形式的靜止變流器,包括賭流型自換相橋式電路,交- 交變頻電路以及交流斬波電路等,直至最近,美國電力研究院還提出統(tǒng)一潮流控制器(Unified Power Flow Controller--UPFC)。事實(shí)上,SVC、SVG和UPEC都是柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System--FACTS)中的器件。所謂柔性交流輸電系統(tǒng),是20世紀(jì)80年代以來由美國電力研究院提出的一個(gè)嶄新概念,其本質(zhì)就是將高壓大功率的電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,以增強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的控制能力,提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。