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    Date: 2010-04-05 10:40:47Written By 北京藍博特電氣

    無功補償技術的現狀及其發展趨勢

    • Tags: 晶閘管投切電容器(TSC),藍博特 , 積分 Counts:1044 次

     

    無功功率補償是保持電網高質量運行一種主要手段,也是當今電氣自動化技術及電力系統研究領域所面臨一個重大課題,正受到越來越多關注。

    電網中無功不平衡主要有兩方面原因:是輸送部門傳送三相電質量不高,是用戶電氣性能不夠好。這兩方面原因綜合起來導致了無功大量存。電力系統中,電壓和頻率是衡量電能質量兩個最重要指標。為確保電力系統正常運行,供電電壓和頻率必須穩定一定范圍內。頻率控制與有功功率控制密切相關,而電壓控制重要方法之一就是對電力系統無功功率進行控制。
    靜止無功補償歷史

    將電容器與網絡感性負荷并聯是補償無功功率傳統方法,國內外獲了廣泛應用。并聯電容器補償無功功率具有結構簡單、經濟方便等優點,但其阻抗是固定,故不能跟蹤負荷無功需求變化,即不能實現對無功功率動態補償。電力系統發展,要求對無功功率進行動態補償,產生了同步調相機。它是專門用來產生無功功率同步電動機,過勵磁或欠勵磁情況下,能夠分別發出不同大小容性或感性無功功率。它是旋轉電動機,運行中損耗和噪聲都比較大,運行維護復雜,響應速度慢,難以滿足快速動態補償要求。

    20世紀70年代以來,同步調相機開始逐漸補靜止無功補償裝置所取代。早期靜止無功補償裝置是飽和電抗器型。飽和電抗器比之同步調相機具有靜止、響應速度快等優點,但其鐵心需磁化到飽和狀態,損耗和噪聲很大,存非線性電路一些特殊問題,又不能分相調節以補償負荷不平衡,未能占據主流。

    電力電子技術發展及其電力系統中應用,將晶閘管靜止無功補償裝置推上了無功補償舞臺,并逐漸占據了靜止無功補償裝置主導位,靜止無功補償裝置(SVC)成了專門使用晶閘管靜止無功補償裝置。靜止無功補償裝置主要包括晶閘管摧投切電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)?,F就農網改造中應用最廣泛TSC技術性能做一下介紹。
    晶閘管投切電容器(TSC
    控制方式

    控制物理量不同可分為功率因數控制、無功功率控制和多參量綜合控制。功率因數控制是指預先設定整定功率因數cosφ,由檢測到電網實際功率因數控制所需補償電容容量。電容器組投入后,當cosφmincosφ0cosφmax,且電壓不超過允許值時,能運行于穩定區。無功功率控制是指測電壓、電流和功率因數等參數,計算出應該投入電容容量,然后電容組合方式中選出一種最接近但又不會過補償組合方式,電容器投切一次到位。計算值小于最小一組電容器容量(下限值),則應保持補償狀態不變。當所需容量大于或等于下限值時,才執行要相應投切。從控制策略來看,采用功率因數控制直接明了,但輕載時容易產生投切震蕩,重載時又不易達到充分補償;而采用無功功率控制,檢測和控制目標都是同一物理量,技術上合理,但檢測難度稍大。但僅某一物理量進行控制都有其不足,現階段廣泛采用多參量綜合控制,即以功率因數控制為基礎,以無功功率控制避免投切振蕩,電網電壓上限值和負載電流下限值作為控制電容器組投切約束條件,實現電容器組智能綜合控制。高效率微處理芯片使用為實現多變量綜合控制提供了可能性。比較合理補償應做到最大限度利用補償設備提高電網功率因數、不發生過補償、無投切振蕩和無沖擊投切。
    投切方式

    20世紀70年代補償柜都是采用機械式交流接觸器,至今仍有沿用。但接觸器三相觸頭不能分別進行控制,要通則幾乎一起接通,要斷則幾乎一起斷開,無法選擇最合適相位角投入和切除電容,這樣會產生不同沖擊電流。沖擊電流大,限制了一次投入電容值,不不把一次投入電容值化整為零,分幾次投入,這將降低補償準確性和減慢響應速度,常會引起接觸器觸頭燒焊現象,使接觸器斷不開,影響正常工作,實際使用時不不對觸頭經常進行維護和更換,這影響了整個裝置工作可靠性和工作壽命,也降低了工作準確性和動作響應速度。

    現普遍采用單片機控制大功率晶閘管來投切電容,具有過零檢測、過零觸發優點,響應速度快,合閘涌流小,無操作過電壓,無電弧重燃,基本上解決了投切時交流接觸器經常拉弧至于燒結而損壞不良情況。開關器件可選擇晶閘管和二極管反并聯,也可選擇兩個晶閘管反并聯方式。采用晶閘管與二極管反并聯方式,電容器電源峰值時投入,晶閘管電流過零時自動切斷,電容器投或切,都不會產生沖擊電流和過電壓,控制簡便,電容器無需放電即可重新投入,實現電容器頻繁投切,但晶閘管承受最大反向電壓為電源電壓峰值兩倍。而采取兩個晶閘管反并聯方式,晶閘管關斷時,電容器殘壓能迅速放掉,那晶閘管所承受最大反向電壓為電源電壓峰值。兩種方式相比,晶閘管反并聯方式可靠性更高,損壞一個晶閘管,會導致電容器誤投入,響應速度也比晶閘管和二極管反并聯方式快,但投資較大,控制更復雜。
    補償策略

    目前可分為三相共補和三相分補兩種。三相共補是三相總無功需求來投切電容器組,電容器接法為三角形。三相分補則是每相各自無功需求投切電容器組,電容器接法為星形。
    三相共補廣泛采用兩組晶閘管作為控制器件。提高運行可靠性,防止電容器和晶閘管損壞,晶閘管投入時必須要有過零檢測,即當晶閘管兩端電壓等于零時晶閘管才導通。實際上電壓絕對過零很難做到,會存電流暫態過程,但線路電參數配合合理,這個過程持續時間不長,并很快過渡到穩定狀態。值注意是,當晶閘管切除后,晶閘管和電容器均存著很高殘壓,這對晶閘管和電容器耐壓也提出了更高要求。器件選擇不當或保護不夠,常常會造成晶閘管和電容器燒毀。三相共補適用于三相負載較平衡場合,三相分補三相負載不平衡場合則能做到真正三相無功平衡。把三相共補和三相分補相結合,便實現補償綜合方案混補,可以用于任何負載。先三角形接法電容器組中選擇三相共同需要補償容量,進行共補,然后星形接法電容器組合中選擇單相電容器補償剩余不平衡狀況,既避免了過補或欠補現象出現,又節省了補償電容容量,降低了成本,具有很好經濟性。
    發展趨勢
    電力電子技術日新月異以及各門學科交叉影響,靜止無功補償發展趨勢主要有以下幾點:
    1)城網改造中,運行單位往往需要配電變壓器低壓側同時加裝無功補償控制器和配電綜合測試儀,提出了無功補償控制器和配電綜合測試儀一體化問題。
    2)快速準確檢測系統無功參數,提高動態響應時間,快速投切電容器,以滿足工作條件較惡劣情況(如大沖擊負荷或負荷波動較頻繁場合)。計算機數字控制技術和智能控制理論發展,可以無功補償中引入一些先進控制方法,如模糊控制等。
    3)目前無功補償技術還主要用于低壓系統。高壓系統受到晶閘管耐壓水平限制,是變壓器接入,如用于電氣化鐵道牽引變電所等。研制高壓動態無功補償裝置則具有重要意義,關鍵問題是要解決補償裝置晶閘管和二極管耐壓,即多個晶閘管元件串聯及均壓、觸發控制同步性等。
    4)由單一無功功率補償到具有濾波以及抑制諧波功能。電力電子技術發展和電力電子產品推廣應用,供電系統或負荷中含有大量諧波。研制開發兼有無功補償與電力濾波器雙重優點晶閘管開關濾波器,將成為改善系統功率因數、抑制諧波、穩定系統電壓、改善電能質量有效手段。

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