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電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置綜述
電網(wǎng)無功補(bǔ)償的方法有很多種,無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步主要就是表現(xiàn)在無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展與進(jìn)步。無功補(bǔ)償裝置從傳統(tǒng)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)械的方式到現(xiàn)代的電力電子組件的應(yīng)用經(jīng)歷了跨度很長(zhǎng)的發(fā)展歷程。
(1)同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)是一種無功功 率電源,相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。同步調(diào)相機(jī)屬于有源補(bǔ)償器,可以根據(jù)實(shí)際需要控制其勵(lì)磁電流,使其分別工作在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的狀態(tài)下,從而控制它向電網(wǎng)中發(fā)出無功功率或吸收無功功率。在過勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)下,同步調(diào)相機(jī)向電網(wǎng)供給感性無功功率從而起到無功電源的作用,可提高系統(tǒng)電壓;在欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)下,它會(huì)從電網(wǎng)吸收感性無功功率而起到無功負(fù)荷的作用,從而降低系統(tǒng)電壓。同步調(diào)相機(jī)欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)吸收無功功率的能力,大概是為其過勵(lì)磁運(yùn)行發(fā)出無功功率能力的50%,---65%。調(diào)相機(jī)主要裝設(shè)在樞紐變電所,同并聯(lián)電容器補(bǔ)償相比,有其自身的優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)電壓下降時(shí),通過維持或提高本身的出力,可以給系統(tǒng)提供緊急的電壓支持,能進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。但同步調(diào)相機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備,運(yùn)行中的有功損耗和噪聲都比較大,還存在著投資費(fèi)用大、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)慢、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜等缺點(diǎn)。目前在電力現(xiàn)場(chǎng)同步調(diào)相機(jī)仍少有使用,但同步調(diào)相機(jī)正逐漸被性能更優(yōu)的眾多新型無功補(bǔ)償裝置和設(shè)備所取代。
(2)并聯(lián)電容器:并聯(lián)電容器是目前電網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的一種無功補(bǔ)償設(shè)備,它可以提高負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)以減少無功功率流動(dòng)從而提高受端電壓、降低網(wǎng)損。并聯(lián)電容器只能發(fā)出無功功率,不能吸收無功功率,主要應(yīng)用于配電線路和低壓側(cè)的無功補(bǔ)償。它需要根據(jù)負(fù)荷的變化而進(jìn)行頻繁的投入或切除操作,而此投入或切除操作通常用機(jī)械開關(guān)來執(zhí)行,開關(guān)起初由人工來進(jìn)行手動(dòng)操作,八九十年代由于電子工業(yè)的興起而采用模擬電子器件來實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的自動(dòng)投切達(dá)到自動(dòng)無功補(bǔ)償的目的,兩千年后由于IT數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高度發(fā)展,使得電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化和無功補(bǔ)償自動(dòng)化?赏ㄟ^調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)或其他方式獲取供電所各線路的有功、無功和功率因數(shù)等運(yùn)行參數(shù),通過集控微機(jī)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將無功補(bǔ)償控制命令送到所屬電網(wǎng)線路各個(gè)電容投切控制器(MCU組成的 二級(jí)智能控制)達(dá)到精確補(bǔ)償,從而實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)高度自動(dòng)化(配網(wǎng)自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化和無功補(bǔ)償自動(dòng)化)。并聯(lián)電容器組的補(bǔ)償方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,靈活方便,而且比較經(jīng)濟(jì)。與同步調(diào)相機(jī)相比,它具有單位容量投資費(fèi)用低、功耗小、運(yùn)行維護(hù)方便、可以分散安裝以實(shí)現(xiàn)無功功率就地補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn),得到許多電力公司的青睞和認(rèn)可。早期的并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式,由于技術(shù)的原因只能補(bǔ)償固定無功,不能動(dòng)態(tài)地跟蹤負(fù)荷無功功率的變化,不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,還可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大。而且電容器的投切是由人工手動(dòng)完成的,投切實(shí)時(shí)性差,不能及時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、跟蹤電網(wǎng)無功負(fù)荷的變化,使得電網(wǎng)的無功補(bǔ)償波動(dòng)較大,甚至還有涌流的產(chǎn)生。高質(zhì)量的無功補(bǔ)償無法實(shí)現(xiàn),這是并聯(lián)電容器早期使用時(shí)無法避免時(shí)的弊端。
(3)并聯(lián)電抗器:并聯(lián)電抗器主要用于吸收超高壓長(zhǎng)距離架空線和電纜線的過剩無功功率,以防止有過多無功功率注入負(fù)荷。并聯(lián)電抗器一般是經(jīng)過直接接到超高壓線路、或經(jīng)主變壓器三次側(cè)或較低電壓母線的兩種接線方式接入電網(wǎng)。兩種接線方式各有優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)際接線中具體采用何種方式,應(yīng)按照具體情況而定。直接接到超高壓線路上時(shí),并聯(lián)電抗器可以與中性點(diǎn)小電抗配合,有利于輸電線路單相重合閘時(shí)故障相的消弧,從而保證成功實(shí)施單相重合閘;還可以限制高壓線路的過電壓;但是造價(jià)過高。接到主變壓器三次側(cè)或較低電壓母線上時(shí),造價(jià)就可以很低,而且操作也很簡(jiǎn)便。
(4)靜止無功補(bǔ)償器:靜止無功補(bǔ)償器(SVC)出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代初期,它通常由靜電電容器、電抗器及檢測(cè)與控制系統(tǒng)組成。目前,靜止無功補(bǔ)償器常用的 有TCR型的晶閘管控制電抗器,TSC型的晶閘管投切電容器和SR型的飽和電抗器三種。TCR型的晶閘管控制電抗器是由TCR和若干組的不可控電容器組 成,電抗器與反向并聯(lián)連接的晶閘管相串聯(lián),利用晶閘管的觸發(fā)角來控制通過電抗器的電流。它只是以晶閘管開關(guān)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān),但其性能要明顯優(yōu)于機(jī)械開關(guān)的投切電抗器。TSC型的晶閘管投切電容器主要是由一組并聯(lián)的電容器組成,雙向晶閘管與每一臺(tái)電容器串聯(lián)。晶閘管仍代替?zhèn)鹘y(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的機(jī)械開關(guān)起開關(guān)作用。SR型的飽和電抗器主要是由飽和電抗器與串聯(lián)電容器組成。它具有穩(wěn)壓特性,還有快速、可靠、可抑制三相不平衡、過載能力強(qiáng)、產(chǎn)生諧波小等優(yōu)點(diǎn);但它在運(yùn)行時(shí)鐵芯損耗較大,且造價(jià)過高。
(5)靜止無功發(fā)生器:靜止無功發(fā)生器(SVG)也稱靜止調(diào)相機(jī)或靜止同步補(bǔ)償器,是上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的較為先進(jìn)的靜止無功補(bǔ)償裝置。在裝置中,六個(gè)可關(guān) 斷晶閘管(GTO)分別與六個(gè)二極管反向并聯(lián)。與SVC靜止無功補(bǔ)償器相比,靜止無功發(fā)生器的響應(yīng)速度更快,諧波電流含量更小,運(yùn)行范圍更廣。以上幾種補(bǔ) 償裝置還不能滿足現(xiàn)代電網(wǎng)靈活、準(zhǔn)確、快速的要求,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的進(jìn)步及其他學(xué)科的交叉影響,許多新型電力電子器件得以應(yīng)用在無功補(bǔ)償領(lǐng)域,出現(xiàn)了多種新的無功補(bǔ)償技術(shù)。電力電子技術(shù)是現(xiàn)代無功補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ),電力電子器件的發(fā)展使無功補(bǔ)償改變了交流輸電網(wǎng)過去動(dòng)作緩慢、間斷、不準(zhǔn)確的控制現(xiàn)狀,而提供了快速、連續(xù)和精確的控制能力。于是出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式應(yīng)該說是電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶,晶閘管控制的靜止無功補(bǔ)償裝置被應(yīng)用到無功補(bǔ)償領(lǐng)域。無功補(bǔ)償控制器根據(jù)采集到的電網(wǎng)數(shù)據(jù),計(jì)算出當(dāng)前電網(wǎng)所需的無功補(bǔ)償量,繼而發(fā)出控制信號(hào)控制并聯(lián)電容器組的投切以達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康。?dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)很多:投切速度快,無涌流,無觸點(diǎn),維修少,使用壽命長(zhǎng)等。
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