新型可連續調節的無功補償裝置

徐大勇

【摘要】本文針對電力系統中可連續調節無功補償裝置配置規劃等問題，提出一套新的概率計算和求解方法。基于系統基波與諧波的電壓、阻抗和電流具有隨機特性，借助于線性近似方法，以較便捷方式計算和評估該問題的概率臨界值，并利用靈敏度分析衍生一個快速決定可連續調節無功補償裝置安裝的最佳位置指標。最后提出一個最佳化求解法則，決定可連續調節無功補償裝置的最佳容量大小。

【關鍵詞】新型；可連續調節；無功補償裝置

１無功補償裝置應用的現狀

無功功率對于電網有著十分顯著的影響，具體來看表現在如下一些方面：隨著無功功率的不斷提升，容易使得電流伴隨增加及相應的視在功率提升，最終導致發電裝置、變壓裝置等電網相關設備的電流容量增大；無功功率的不斷增加也能夠驅使總的電流有大幅度的提升，這種提升將導致相應的設備及電線產生更多的損耗；隨著無功功率的增加，變壓裝置的電壓降也會隨之增加，如果這種增加屬于來自于沖擊性的無功功率，很容易導致電壓的大幅度波動，從而極大的降低了電網供電的總體品質。

鑒于上述問題，有效的應用無功補償裝置能夠很好的處理無功功率的變動帶來的損耗，確保供電品質的提升。就目前情況來看，電網所采用的無功補償裝置多是利用有級投切并聯電容器的技術，采用接觸器及真空開關等類型的開關器件來實施有級投切。盡管這種方法有一定的效果，但卻也存在著諸多的不足，需要加以重視。首先，電容器具有分級補償的特性，采用這種無功補償方式的投切很難與切實的需求狀況相適應，很容易出現補償過度或補償不足的狀況，并且在輕載狀況下會發生投切方面的振蕩。這種振蕩會嚴重威脅電容器的使用壽命，也會引發電網電壓的持久性振蕩。其次，在電容進行投入的過程中，會產生較為強烈的沖擊電流。在電容器沒有充電的狀況下，其電壓值是零，因而在合上開關的時候會帶來一個量值較高的沖擊電流。這種量值較高的沖擊電流不僅會對整個電網產生較大的沖擊作用，也很有可能導致電壓發生閃變，從而也會使得電容器使用壽命減少，并且也降低了各種電氣設備運行的可靠性。

2可連續調節無功補償裝置的應用

本研究將順應世界潮流與實際需要，針對目前應用最為廣泛可連續調節無功補償裝置，提供一個考量電力系統實際運轉情況，不增加電力系統的復雜程度的裝設方式（并聯方法的應用），以改善電力方面的問題。

可連續調節無功補償裝置是在機械投切式并聯電容器的基礎上，利用大容量晶閘管代替斷路器等觸點式開關而發展起來一種靜止的并聯無功功率提供或吸收裝置，實現控制電力系統特性參數的目的，以滿足電力系統的輸電穩定性、供電可靠性及確保良好電力品質的目的和需求。

2.1可連續調節無功補償的分類

可連續調節無功補償為一個通稱，是FACTS家族中，實際應用較早且最為廣泛的裝置。目前在實際的工程應用當中，可以根據其需要選擇適當性能的可連續調節無功補償裝置，較常用的有“自飽和電抗器”（Saturated Reactor, SR）、“晶閘管控制電抗器”（Thyristor Controlled Reactance, TCR）、“晶閘管投切電容器”（Thyristor Switched Capacitor, TSC）等類型。

2.2可連續調節無功補償的工作原理

由于晶閘管的控制動作會產生諧波電流，因此使用上會搭配無源濾波器，降低其對系統的諧波污染。當可連續調節無功補償裝置所連接的匯流排電壓Vs等于基準電壓Vref時，可連續調節無功補償裝置是不動作的；若匯流排電壓Vs大于基準電壓Vref時，可連續調節無功補償裝置為電感性負載，它將吸收系統的無功功率，促使Vs下降；反之可連續調節無功補償裝置所連接的匯流排電壓Vs小于基準電壓Vref時，可連續調節無功補償裝置為電容性負載，它將提供系統的無功功率，促使Vs上升。可連續調節無功補償裝置運轉提供或吸收系統的無功功率大小值限制，通過各支路的晶閘管觸發角α來調節。

2.3可連續調節無功補償裝置配置容量的選擇

擬定可連續調節無功補償裝置配置最佳化的方案，需要采用以概率臨界值為基準的運算模式。為有效進行非線性規劃分析和求解，可直接運用Matlab軟件進行分析、解決問題。機率理論在供電品質問題的電力系統可連續調節無功補償裝置配置最佳方案中的應用求解步驟如下：一是，輸入系統匯流排、線路及諧波源電流（含TCR諧波效應）等參數資料。二是，執行交流負載潮流與諧波潮流分析，計算出每個系統母線m受測量的Vrms、IHDv及THDv的平均值和變異數的機率參數；并記錄目標函數QSVC值。三是，將步驟2所求得平均值和變異數的機率參數資料，配合相應公式計算每個系統母線m受測量的Vrms的99.99%機率位準值、以及IHDv及THDv的95%概率臨界值。四是,檢查每一個匯流排Vrms、IHDv及THDv的概率臨界值，是否超過規范的限制值？如果是，前進到步驟5；否則停止流程并結束。五是，使用單位可連續調節無功補償裝置容量值配合相應公式，針對所有的系統母線進行測試，建立可連續調節無功補償裝置安置地點的匯流排指標索引。六是，進行可連續調節無功補償裝置安裝位置決策指標的計算，決策指標一次決定一個可連續調節無功補償裝置安置優先次序。計算產生的最低指標數值處，為最好的可連續調節無功補償裝置安置匯流排地點。七是，考慮供電品質問題的電力系統，并聯可連續調節無功補償裝置配置最佳方案的機率解析數學式，轉換成確定性的數學式。八是，以單位可連續調節無功補償裝置容量值為基準，利用Matlab軟件提供的最佳化工具箱，求得安裝地點的可連續調節無功補償裝置配置容量值。九是，停止并輸出結果。

3結語

由于電力系統中存在許多電子和電機負載，因此其控制及運轉機制會對與電力系統相連的匯流排造成較大干擾，如電力系統頻率偏移、諧波/間諧波、電壓閃變、電壓驟降、電壓驟升、電力中斷等。因此，電力品質優化問題，是國內外現存的一大研究重點。如何提高供電品質，為用戶提供優質可靠的電能是供電部門的應盡責任。

【參考文獻】

［１］張慶柱,孫岐山.電壓質量與無功[J].黑龍江科技信息,2009(07).

［２］馮東生.電網無功補償裝置的應用[J].科技風,2010(21).

［３］王利民,靳書濤,昌軍勝,裘亮.力站電容器技術改造[J].黑龍江科技信息,2011(23).

［責任編輯：湯靜］