DQZHAN技術(shù)訊：無功功率補(bǔ)償技術(shù)的幾點(diǎn)思考
無功功率補(bǔ)償器的主要作用是:提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù),減少設(shè)備的功率損耗,穩(wěn)定電壓,提高供電質(zhì)量。在長距離輸電中,提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力,平衡三相負(fù)載的有功和無功功率等。
　　
　　一、無功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?
　　
　　1、改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)
　　根據(jù)國家水電部,物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,相應(yīng)減少電費(fèi):
　　(1)高壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.9以上。
　　(2)低壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.85以上。
　　(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶,功率因數(shù)為0.8以上。
　　2、降低系統(tǒng)的能耗
　　功率因數(shù)的提高,能減少線路損耗及變壓器的銅耗。
　　設(shè)R為線路電阻,ΔP1為原線路損耗,ΔP2為功率因數(shù)提高后線路損耗,則線損減少
　　ΔP=ΔP1-ΔP2=3R(I12-I22)(1)
　　比原來損失減少的百分?jǐn)?shù)為
　　(ΔP/ΔP1)×100%=1-(I2/I1)2.100%(2)
　　式中,I1=P/(3 U1cosφ1),I2=P/(3 U2cosφ2)補(bǔ)償后,由于功率因數(shù)提高,U2>U1,為分析方便,可認(rèn)為U2≈U1,則
　　θ=[1-(cosφ1/cosφ2)2].100%(3)
　　當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),通過上式計(jì)算,可求得有功損耗降低21%左右。在輸送功率P= 3UIcosφ不變情況下,cosφ提高,I相對降低,設(shè)I1為補(bǔ)償前變壓器的電流,I2為補(bǔ)償后變壓器的電流,銅耗分別為ΔP1,ΔP2;銅耗與電流的平方成正比,即
　　ΔP1/ΔP2=I22/I12
　　由于P1=P2,認(rèn)為U2≈U1時(shí),即
　　I2/I1=cosφ1/cosφ2
　　可知,功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),銅耗相當(dāng)于原來的80%。
　　3、減少了線路的壓降
　　由于線路傳送電流小了,系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小,有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過高),有利于大電機(jī)起動(dòng)。
　　二、我國電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀
　　
　　近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展,電力行業(yè)也得到快速發(fā)展,特別是電網(wǎng)建設(shè),負(fù)荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網(wǎng)中無功功率不平衡,導(dǎo)致無功功率大量的存在。目前,我國電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式:
　　1.同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)屬于早期無功補(bǔ)償裝置的典型代表,它雖能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,但響應(yīng)慢,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償,目前很少使用。
　　2.并補(bǔ)裝置:并聯(lián)電容器是無功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用*廣泛的無功補(bǔ)償裝置,但電容補(bǔ)償只能補(bǔ)償固定的無功,盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無功的動(dòng)態(tài)變化,但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級的無功調(diào)節(jié),不能實(shí)現(xiàn)無功的平滑無級的調(diào)節(jié)。
　　3.并聯(lián)電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外,用以抑制過電壓。
　　以上幾種補(bǔ)償方式在運(yùn)行中取得一定的效果,但在實(shí)際的無功補(bǔ)償工作中也存在一些問題:
　　1.補(bǔ)償方式問題:目前很多電力部門對無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)就地補(bǔ)償,不向系統(tǒng)倒送無功,即只注意補(bǔ)償功率因素,不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。
　　2.諧波問題:電容器具有一定的抗諧波能力,但諧波含量過大時(shí)會(huì)對電容器的壽命產(chǎn)生影響,甚至造成電容器的過早損壞;并且由于電容器對諧波有放大作用,因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。
　　3.無功倒送問題:無功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的,特別是在負(fù)荷低谷時(shí),無功倒送造成電壓偏高。
　　4.電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來的問題:有些無功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的,線路電壓的波動(dòng)主要由無功量變化引起的,但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的,這就可能出現(xiàn)無功過補(bǔ)或欠補(bǔ)。
　　
　　三、無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　
　　根據(jù)上述我國無功功率補(bǔ)償?shù)那闆r及出現(xiàn)的問題,今后我國的無功功率補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展方向是:無功功率動(dòng)態(tài)自動(dòng)無級調(diào)節(jié),諧波抑制。
　　1.基于智能控制策略的晶閘管投切電容器(TSC)補(bǔ)償裝置
　　將微處理器用于TSC,可以完成復(fù)雜的檢測和控制任務(wù),從而使動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率成為可能?；谥悄芸刂撇呗缘腡SC補(bǔ)償裝置的核心部件是控制器,由它完成無功功率(功率因數(shù))的測量及分析,進(jìn)而控制無觸點(diǎn)開關(guān)的投切,同時(shí)還可完成過壓、欠壓、功率因數(shù)等參數(shù)的存貯和顯示。TSC補(bǔ)償裝置操作無涌流,跟蹤響應(yīng)快,并具有各種保護(hù)功能,值得大力推廣。
　　2.靜止無功發(fā)生器(SVG)
　　靜止無功發(fā)生器(SVG)又稱靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM),是采用GTO構(gòu)成的自換相變流器,通過電壓電源逆變技術(shù)提供超前和滯后的無功,進(jìn)行無功補(bǔ)償,若控制方法得當(dāng),SVG在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)還可以對諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件,諧波含量小,同容量占地面積小,在系統(tǒng)欠壓條件下無功調(diào)節(jié)能力強(qiáng),是新一代無功補(bǔ)償裝置的代表,有很大的發(fā)展前途。
　　3.電力有源濾波器
　　電力有源濾波器是運(yùn)用瞬時(shí)濾波形成技術(shù),對包含諧波和無功分量的非正弦波進(jìn)行“矯正”。因此,電力有源濾波器有很快的響應(yīng)速度,對變化的諧波和無功功率都能實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,并且其補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗參數(shù)影響較小。
　　電力有源濾波器的交流電路分為電壓型和電流型。目前實(shí)用的裝置90%以上為電壓型。從與補(bǔ)償對象的連接方式來看,電力有源濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型中有單獨(dú)使用、LC濾波器混合使用及注入電路方式,目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。
　　4.綜合潮流控制器
　　綜合潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)將一個(gè)由晶閘管換流器產(chǎn)生的交流電壓串入并疊加在輸電線相電壓上,使其幅值和相角皆可連續(xù)變化,從而實(shí)現(xiàn)線路有功和無功功率的準(zhǔn)確調(diào)節(jié),并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。UPFC注入系統(tǒng)的無功是其本身裝置控制和產(chǎn)生的,并不大量消耗或提供有功功率。UPFC技術(shù)是目前電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)的*新發(fā)展方向,對電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行將帶來重要的影響。
　　由于性價(jià)比較高,目前我國廣泛使用的還是靜止無功補(bǔ)償裝置。其中,能夠進(jìn)行無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕谥悄芸刂撇呗缘腡SC仍然需要大力推廣。實(shí)際上,國內(nèi)外對靜止無功補(bǔ)償裝置的研究仍在繼續(xù),研究的重點(diǎn)集中在控制策略上,試圖借助于人工智能提高靜止無功補(bǔ)償裝置的性能。隨著大功率電力電子器件技術(shù)的高速發(fā)展,未來的功率器件容量將逐步提高,應(yīng)用有源濾波器進(jìn)行諧波抑制,以及應(yīng)用柔**流輸電系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償,必將成為今后電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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