【国内外无功功率补偿装置发展现状和趋势】无功功率补偿装置

时间：2019-04-09 03:16:02　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要: 本文介绍了无功功率补偿装置的应用背景，并分析了各种无功功率补偿装置的分类和优缺点，重点介绍了静止同步补偿器SVC和静止同步补偿器STATCOM的特点和工作的原理，并介绍了基于STATCOM的两种控制方法。
　　关键词: 电能质量优化；无功功率补偿装置；静止同步补偿器；静止同步补偿器
　　Abstract: in this paper, the reactive power compensation device application background of power, and analyzes all kinds of reactive power compensation device and the classification of the advantages and disadvantages, and introduced the static synchronous compensator SVC and static synchronous compensator STATCOM characteristics and working principle, and introduced the two control based on STATCOM method.
　　Keywords: power quality optimization; Reactive power compensation device; Static synchronous compensator; Static synchronous compensator
　　
　　
　　中图分类号：R363.1+24文献标识码：A 文章编号：
　　0 引言
　　随着现代工业和电力工业的不断发展，电能传输的距离和容量日益增大，工业用户对电能质量的要求越来越高。近年来，电弧炉、轧钢机、大型可控硅装置的应用和大功率冲击性负载的存在，使得系统功率因数变低，电网谐波加大。电能质量的下降严重地影响了供用电设备的安全、经济运行，降低了人民的生活质量。因此，无功功率补偿对电力系统有着重要的意义。
　　对电力系统进行适当的无功功率补偿，可以稳定电网的电压，提高电网的功率因数，提高设备的利用率，减少网络有功功率损耗，提高输电能力，平衡三相功率，为系统提供电压支撑，提高系统安全运行性。
　　无功功率补偿装置可以改善电网的电能质量，在今后的电力系统中具有广泛的应用前景。
　　1 电网电能质量要求
　　1.1 频率要求
　　我国电力系统的运行频率为50Hz，国家标准规定，电网容量在300万kW及以上，频率允许的误差为±0.2Hz；电网容量在300万kW以下，频率允许的误差为±0.5Hz。
　　1.2 供电电压要求
　　一般以电压变动幅值来衡量电压是否符合标准，国家标准规定，35kV及以上供电电压允许的偏差为额定电压的±10%；10kV及以下供电电压允许的偏差为额定电压的±7%；220V单相供电电压允许的偏差为额定电压的+7%～-10%。
　　2 无功补偿装置介绍
　　目前，无功功率补偿装置主要有同步调相机SC、静止电容器FC、机械投切电容器MSC、静止同步补偿器SVC和静止无功发生器SVG(也称STATCOM)，其分类如图1所示。
　　
　　图1 无功补偿装置分类
　　2.1 早期的无功功率补偿装置
　　同步调相机SC和静止电容器FC是早期的无功功率补偿装置。同步调相机SC不仅可以补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也可以进行动态的补偿，当电网电压下降时，SC通过控制励磁发出和吸收无功功率，并通过电压调节器来自动调节无功功率的大小，以维持电压的恒定。同步调相机SC的成本高、安装复杂、损耗和噪声都比较大、响应速度慢。
　　静止电容器FC可以改变线路的感应无功功率，来补偿系统的无功功率。其补偿容量有级，调节性能差，目前同步调相机SC和静止电容器FC基本上已经不再使用。
　　机械投切电容器MSC是一种比较简单的无功补偿装置，不能进行动态无功功率补偿，但是价格低廉，目前在国内仍然拥有较大的市场。
　　2.2 SVC介绍
　　 SVC是目前广泛用于无功功率补偿的装置，具有响应速度快，可以连续调节无功功率输出的特点。SVC在系统中相当于可变电纳，随着电压的变化而改变其电纳值，因为所加的交流电压是恒定的，改变电纳值就可以改变基波电流，从而导致电抗器吸收无功功率的变化。
　　 SVC主要包括饱和电抗器SR型SVC、晶闸管投切电容器TSC型SVC、固定电容—晶闸管控制电抗器FC-TCR型SVC、机械投切电容器—晶闸管控制电抗器MSC-TCR型SVC以及晶闸管投切电容器—晶闸管控制电抗器TSC-TCR型SVC，各种类型的SVC装置的结构图如图2所示。
　　 FC-TCR型SVC由TCR和若干个不可控的电容器并联而成。其中，电容器为固定连接，TCR支路采用触发延迟控制，形成连续可控的感性电流，TCR的容量大于FC的容量，以保证既能输出容性无功电流也能输出感性无功电流。
　　 TSC型SVC由电容器和双向导通晶闸管组成，其中，晶闸管仅仅起到开关作用，TSC只能提供容性电流，将多组TSC并联使用，根据容量需要逐个投入可以获得近似连续的容抗。
　　 MSC-TCR型SVC采用机械开关控制电容的投入和切除，只能在一些要求不高、电容切断频繁的场合使用。
　　 TSC-TCR型SVC一般使用n组电容器和一组晶闸管相控电抗器，它的无功功率输出可以在容性和感性范围内调节。
　　
　　 FC+TCRTSC
　　
　　 TCR+TSC MSC+TCR
　　图2 几种常见的SVC结构图
　　2.3 SVG介绍
　　2.3.1 SVG原理
　　 SVG也被称为静止同步补偿器STATCOM，图 3为STATCOM原理图。其中，直流侧为储能电容，GTO逆变器通常由多个逆变器串联或并联而成，将直流电压变换成交流电压，交流电压的大小、频率和相位可以通过控制GTO的触发脉冲来控制。连接变压器将逆变器输出的电压转换成与电网电压等级相同的电压，从而使得STATCOM装置可以并联到电网中。
　　
　　图3 STATCOM原理图
　　整个STATCOM装置相当于一个电压大小可以控制的电压源，根据图3可以得到，STATCOM装置所吸收的复功率。
　　 STATCOM装置吸收的无功功率，其中为超前的角度。
　　将多个逆变器组合成多重化结构、多级并联逆变器和多电平结构可以扩大STATCOM的容量，原理图如图4所示。
　　
　　图4 多重化结构原理图
　　多个逆变器并联的结构，由多个开关频率较高的小容量STATCOM并联运行，可以灵活地扩大逆变系统的容量，易于实现逆变器的模块化，提高系统运行的可靠性和可维护性。
　　2.3.2 SVG的控制
　　要实现STATCOM的快速补偿功能，必须快速地从负载电流中检测出无功电流。1983年日本的赤木所提出的三相瞬时电流分解成有功和无功电流的p、q分解法被广泛应用。
　　，
　　瞬时无功功率P和瞬时无功功率Q分别为，
　　将有功功率分成直流有功功率和交流有功功率两部分，只考虑直流有功功率，那么负载电流可以写成，。

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