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動態無功補償裝置應用于電網節能效益分析

    目前,我國輸配電網無功缺乏,備用容量嚴重不足,無功補償裝置缺少靈活的調節能力,其中由于無功不足原因而產生電壓降落、電能傳輸損耗大、線路輸送容量降低和網絡穩定性下降等問題表現尤為突出。近年來,隨著大功率非線性負荷用戶的不斷增多,對電網的沖擊和諧波污染呈不斷上升趨勢,缺乏無功調節手段造成了母線電壓隨運行方式的變動很大,導致電網線損增加,使得系統電壓合格率不高。此外,電網的發展,系統穩定性問題越發重要。電網的損耗、電壓及功角穩定性與無功功率快速、有效提供有關。我國互聯電網已經進入了大電網、大機組時代,大量的無功在網間傳送,造成了巨大的網絡損耗。故此大量的無功不適應于遠距離的傳輸,無功功率一般采取分層分區平衡、就近補償的原則。

  在工業應用領域,隨著國民經濟的發展,大量的沖擊性質的負荷如電弧爐、軋機、電氣化鐵路等接入電網,由于其呈現的沖進性無功特性核非線性負荷特性,對電能質量造成了巨大的污染。主要體現在諧波嚴重超標,造成變壓器、電機、電容器組和線路的損耗加劇,甚至危及設備安全;產生的負序電流對電機等旋轉機械產生附加轉矩,降低工作效率,增加能耗;由于沖擊無功的作用,對電壓造成嚴重的波動和閃變,降低生產效率,單位能耗增加,同時造成產品質量下降。對這些大沖擊非線性負荷或不對稱負荷應進行就地無功補償和用電污染治理,即對該類污染從源頭進行治理,以達到電能質量治理、節能降耗、增加產量和提高產品質量的目的。

  傳統的無功補償設備有同步調相機、固定電容器組、開關投切并聯電抗器等,這些設備可滿足一定范圍的無功補償要求,但它們也存在著其固有的缺點,如同步調相機響應速度慢,由于其帶有旋轉部件維護工作量大,固定電容器組和開關投切并聯電抗器響應速度慢,無法連續調節等。顯然,以上幾種無功補償設備很難對電網電壓的波動有較好的抑制效果。隨著晶閘管及其應用技術的發展,到上世紀70年代初期,晶閘管型的靜止無功補償器(StaticVarCompensator,SVC)開始應用。

  采用晶閘管等電力電子器件作為控制元件的靜止無功補償設備是一種先進的高壓電網動態功率因數補償裝置,有響應速度快、控制靈活、連續可調等優點,在輸配電網和工業用戶中越來越得到廣泛的應用。SVC在國外已處于實用化階段,隨著電力電子器件與計算機控制技術的發展,SVC正朝著高電壓和大容量方向發展。

  2.動態無功補償技術

  無功補償技術的發展經歷了從同步調相機→開關投切固定電容→動態投切電容器(SVC)→無功發生器(SVG)的過程。根據結構原理的不同,SVC技術又分為:自飽和電抗器型(SSR)、晶閘管相控電抗器型(TCR)、晶閘管投切電容器型(TSC)、高阻抗變壓器型(TCT)和勵磁控制的電抗器型(AR)。隨著電力電子技術,特別是大功率可關斷器件技術的發展,國內外還在研制、開發不同結構類型的靜止無功功率發生裝置(SVG),但它們尚處在開發及試運行階段,目前尚未形成商品化,而且SVG尚不具有SVC的能在不平衡情況下運行的優良品質,損耗遠大于SVC,在節能效率上遠不如SVC。

  各種無功設備各自特點如下:

  1)同步調相機:響應速度慢,噪音大,損耗大,技術陳舊,屬淘汰技術;

  2)開關投切電容器:慢響應補償方式,連續可控能力差;

  3)靜止無功補償器(SVC):先進實用技術,得到了廣泛應用;

  4)靜止無功發生器(STATCOM):有技術上局限性,屬少數示范工程階段。

  根據結構原理的不同,SVC技術又分為自飽和電抗器型(SSR)、晶閘管相控電抗器型(TCR)、晶閘管投切電容器型(TSC)、高阻抗變壓器型(TCT)和勵磁控制的電抗器型(AR)。目前大容量靜止無功補償設備主要采用TCR和/或TSC型SVC技術,世界各國普遍采用SVC裝置作為電網的動態無功支撐點,以降低網損、提高輸電能力或加強電網的安全穩定運行。

  SVC在配電系統可以發揮如下的作用:

  改善系統的電壓質量,減少電壓波動,提高供電的電壓合格率;

  快速連續的調節能力可減小閃變;

  吸收負荷諧波電流,減小電壓畸變率;

  分相補償,可使用平衡化算法使三相負荷平衡,減少負序。

  SVC在輸電系統可以發揮如下的作用:

  穩定系統電壓,提高系統穩定性;

  通過有效的無功功率補償,使無功功率分區平衡,提高功率因數,

  減少無功潮流,降低網損;

  控制線路潮流,改善系統靜態及暫態穩定性,增加線路輸電能力;

  增強系統阻尼,抑制低頻振蕩。

  SVC技術可應用于:電力系統、電氣化鐵路牽引站、冶金企業及其它行業中的無功功率補償、電壓控制和諧波治理,為改善我國的電能質量,消除不安全隱患,降低網損作貢獻。

日期:2014年5月27日 10:37

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