企業配電網電氣節能新技術探析

宗 振

摘 要:目前,專門針對配電網綜合電氣節能的系列化關鍵技術及其應用在國內外尚屬空白,大多只是單一技術的研發與應用,節能效果有限。文章介紹了幾種配電網電氣節能的新技術,希望為今后研究提供參考。

關鍵詞:配電網;電氣節能;新技術

中圖分類號:TM727 文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)24-0124-01

1 混合型無功補償器

目前低壓配電網的無功補償裝備廣泛采用的是分級投切的固定電容器組,雖成本較低,但不能進行無級連續的無功補償,速度慢,效率低。而今配電網中許多無功變化頻繁而又劇烈的設備如軋鋼機、電弧爐等,要求對功率因數和電壓跌落、閃變等進行快速、高效、無級連續補償,需要能夠進行動態連續無功補償的配電網靜止無功補償器,但由于電力電子器件容量限制和成本較高,在設計和廣泛工程應用上存在困難。針對和晶閘管投切電容器其各自的不足,提出并研發了基于混雜控制的混合型無功補償器HVC。

混合型無功補償器是一個混雜動態系統,由一臺較小容量的DSTATCOM和較大容量的多組TSC構成。其中DSTATCOM能進行快速無級的無功補償,是混合型無功補償器的連續子系統;TSC能進行大容量分級的無功補償,是混合型無功補償器的離散子系統。混合型無功補償器基本工作原理如下:分級的TSC進行無功粗調,無級的DSTATCOM進行無功精調,當系統無功需求在q組和q+1組TSC之間時,投q組TSC,再由DSTATCOM補償小容量無功功率,從而在低成本前提下實現無級連續無功補償。當電網電壓跌落時,DSTATCOM工作于直接電壓控制模式,為防止電壓跌落,可快速發出其最大容限的無功,甚至短時越限補償無功功率。

2 基于實時潮流的配電網無功優化

該系統以配電網有功損耗最小為目標進行實時無功運行優化,形成配電網高低壓系統中各節點無功補償設備的投切指令和無功設定值,自動控制配電網無功功率的優化運行。根據采集的配電網各節點的實時運行數據對實時潮流進行優化計算,優化迭代過程無需進行節點功率平衡方程的潮流迭代,不等式約束簡潔,優化計算速度快。在優化模型中,該系統計及了實際負荷的無功-電壓特性,增加了考慮負荷特性影響的節點電壓穩定解析約束條件,同時計及了運行電壓對無功補償出力的影響。為使優化結果更加符合配電網實際情況,負荷模型還描述了負荷的功率恢復特性和失穩特性。

3 無功動態補償與諧波治理混合系統

現有的高壓配電網廣泛采用靜止無功補償器SVC進行無功功率的動態連續補償,但在其調節過程中會產生諧波,造成諧波污染和諧波損耗。混合型有源電力濾波器具備大容量無功補償和諧波動態治理的功能,但僅用其無源濾波器部分進行固定無功補償,由于電力電子器件容量和工程造價的限制,難以進行動態連續無功補償。為解決這一技術難題,研發了無功動態補償與諧波治理混合系統HVHC,主要由靜止無功補償器SVC,和混合型有源電力濾波器HAPF,組成。其中,SVC由晶閘管控制電抗器TCR、固定電容器組FC組成由電壓型逆變器、輸出濾波器、禍合變壓器和注入支路幾部分構成,其中注人支路由基波串聯諧振電路和注人電容共同構成一組單調諧濾波器。

無功動態補償與諧波治理混合系統主要由SVC和混合型有源電力濾波器(hybrid active power filter,HAPF)組成。其中SVC由可控硅控制電抗器(thyristor controlled reactor,TCR)、固定電容器組(fixed capacitor,FC)組成;HAPF由電壓型逆變器、輸出濾波器、耦合變壓器、注入支路組成,注入支路由基波串聯諧振電路和注入電容共同構成一組單調諧濾波器。由TCR和FC組成的SVC可動態連續補償無功功率,同時具備電壓支撐、阻尼振蕩等功能。根據基波串聯諧振電路在基波頻率處發生串聯諧振時阻抗很小的特點,可將電網基波電壓加在注入電容上,從而有效降低智能功率模塊的容量和系統成本。

4 結 語

無功動態補償與諧波治理混合系統,顯著降低了中、高壓配電網電能損耗和諧波,實現了無功連續補償及高品質節能研發的可進行分級和無級無功快速連續補償的低成本混合型無功補償器,顯著降低了低壓配電網的電能損耗,實現了低成本高效節能研發的配電網實時無功優化節能與能量管理系統,優化協調了高低壓節能設備的無功出力,進行實時無功優化補償,實現全局優化節能,提高了企業電能的精細化管理水平。從全局角度出發的企業配電網綜合節能技術系統,實現了高低壓節能裝備與管理節能軟件平臺相結合,解決了配電網多層次、全方位綜合節能的難題,而且保障了配電網的安全穩定運行,大幅度減少了電能損耗。