动态无功补偿装置应用于电网节能效益分析

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动态无功补偿装置应用于电网节能效益分析1.引言  目前,我国输配电网无功缺乏,备用容量严重不足,无功补偿装置缺少灵活的调节能力,其中由于无功不足原因而产生电压降落、电能传输损耗大、线路输送容量降低和网络稳定性下降等问题表现尤为突出。近年来,随着大功率非线性负荷用户的不断增多,对电网的冲击和谐波污染呈不断上升趋势,缺乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变动很大,导致电网线损增加,使得系统电压合格率不高。此外,电网的发展,系统稳定性问题越发重要。电网的损耗、电压及功角稳定性与无功功率快速、有效提供有关。我国互联电网已经进入了大电网、大机组时代,大量的无功在网间传送,造成了巨大的网络损耗。故此大量的无功不适应于远距离的传输,无功功率一般采取分层分区平衡、就近补偿的原则。  在工业应用领域,随着国民经济的发展,大量的冲击性质的负荷如电弧炉、轧机、电气化铁路等接入电网,由于其呈现的冲进性无功特性核非线性负荷特性,对电能质量造成了巨大的污染。主要体现在谐波严重超标,造成变压器、电机、电容器组和线路的损耗加剧,甚至危及设备安全;产生的负序电流对电机等旋转机械产生附加转矩,降低工作效率,增加能耗;由于冲击无功的作用,对电压造成严重的波动和闪变,降低生产效率,单位能耗增加,同时造成产品质量下降。对这些大冲击非线性负荷或不对称负荷应进行就地无功补偿和用电污染治理,即对该类污染从源头进行治理,以达到电能质量治理、节能降耗、增加产量和提高产品质量的目的。  传统的无功补偿设备有同步调相机、固定电容器组、开关投切并联电抗器等,这些设备可满足一定范围的无功补偿要求,但它们也存在着其固有的缺点,如同步调相机响应速度慢,由于其带有旋转部件维护工作量大,固定电容器组和开关投切并联电抗器响应速度慢,无法连续调节等。显然,以上几种无功补偿设备很难对电网电压的波动有较好的抑制效果。随着晶闸管及其应用技术的发展,到上世纪70年代初期,晶闸管型的静止无功补偿器(StaticVarCompensator,SVC)开始应用。  采用晶闸管等电力电子器件作为控制元件的静止无功补偿设备是一种先进的高压电网动态功率因数补偿装置,有响应速度快、控制灵活、连续可调等优点,在输配电网和工业用户中越来越得到广泛的应用。SVC在国外已处于实用化阶段,随着电力电子器件与计算机控制技术的发展,SVC正朝着高电压和大容量方向发展。2.动态无功补偿技术  无功补偿技术的发展经历了从同步调相机→开关投切固定电容→动态投切电容器(SVC)→无功发生器(SVG)的过程。根据结构原理的不同,SVC技术又分为:自饱和电抗器型(SSR)、晶闸管相控电抗器型(TCR)、晶闸管投切电容器型(TSC)、高阻抗变压器型(TCT)和励磁控制的电抗器型(AR)。随着电力电子技术,特别是大功率可关断器件技术的发展,国内外还在研制、开发不同结构类型的静止无功功率发生装置(SVG),但它们尚处在开发及试运行阶段,目前尚未形成商品化,而且SVG尚不具有SVC的能在不平衡情况下运行的优良品质,损耗远大于SVC,在节能效率上远不如SVC。  各种无功设备各自特点如下:  1)同步调相机:响应速度慢,噪音大,损耗大,技术陈旧,属淘汰技术;  2)开关投切电容器:慢响应补偿方式,连续可控能力差;  3)静止无功补偿器(SVC):先进实用技术,得到了广泛应用;  4)静止无功发生器(STATCOM):有技术上局限性,属少数示范工程阶段。  根据结构原理的不同,SVC技术又分为自饱和电抗器型(SSR)、晶闸管相控电抗器型(TCR)、晶闸管投切电容器型(TSC)、高阻抗变压器型(TCT)和励磁控制的电抗器型(AR)。目前大容量静止无功补偿设备主要采用TCR和/或TSC型SVC技术,世界各国普遍采用SVC装置作为电网的动态无功支撑点,以降低网损、提高输电能力或加强电网的安全稳定运行。  SVC在配电系统可以发挥如下的作用:  改善系统的电压质量,减少电压波动,提高供电的电压合格率;  快速连续的调节能力可减小闪变;  吸收负荷谐波电流,减小电压畸变率;  分相补偿,可使用平衡化算法使三相负荷平衡,减少负序。  SVC在输电系统可以发挥如下的作用:  稳定系统电压,提高系统稳定性;  通过有效的无功功率补偿,使无功功率分区平衡,提高功率因数,  减少无功潮流,降低网损;  控制线路潮流,改善系统静态及暂态稳定性,增加线路输电能力;  增强系统阻尼,抑制低频振荡。  SVC技术可应用于:电力系统、电气化铁路牵引站、冶金企业及其它行业中的无功功率补偿、电压控制和谐波治理,为改善我国的电能质量,消除不安全隐患,降低网损作贡献。
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