淺談靜止無功補償裝置R_SVG在變電站的應用

【摘要】隨著國民經濟的發展和電力系統負荷的不斷增長，電力客戶對電能質量的要求越來越高。而隨著電力系統網架結構不斷擴大，系統電壓波動、無功功率時段性波動已經成為影響電能質量的主要問題之一。本文綜述了變電站目前采用的各種無功補償技術， 分析比較了各種技術的優缺點及原理，著重介紹了靜止無功補償裝置RSVG在交流變電站應用情況， 并總結各項措施的優缺點，力求找到變電站無功補償的最優措施。

【關鍵詞】靜止無功補償器;電壓質量;并聯電容器;同步調相機

近些年來，伴隨電力系統網架結構越來越大，電力負荷隨著國民經濟的發展不斷攀升。在工業和居民用電負載中，感性負載占比很大。電動機、變壓器、熒光燈等都是感性負載，而這些設備消耗了電力系統大部分的無功。另外，相控整流器等非線性負荷也越來越多，無功功率的消耗呈逐年增長趨勢。

一、對電網的影響主要表現在

1.無功不足導致系統電壓及功率因數降低，尤其是電壓峰谷時段波動較大，供電質量嚴重降低。

2.無功功率的增加使總電流增大，進而導致電力設備和線路的損耗增加，效率降低，減少設備壽命。

3.非線性負荷的增加也導致電力系統諧波污染，降低發電、輸電及用電設備的使用效率。

4.大大增加了系統諧振的可能性。

5.傳統的無功補償裝置相應速度慢，不能迅速投入，不能滿足系統無功需求，從而導致系統電壓失穩。系統中的無功電源包括發電機、線路電容、無功補償電容器組等。

電力系統無功補償三原則為分層、分區和就地平衡，避免跨區、跨電壓等級傳送無功功率。

二、變電站采用的幾種無功補償措施

1.早期使用的同步調相機

早期在變電站安裝有同步調相機。一般運行于電動機狀態，不帶機械負載也不帶原動機，只向電力系統提供或吸收無功功率的同步電機。又稱同步補償機。用于改善電網功率因數，維持電網電壓水平。

由于同步電機處在過勵狀態時，可以從電網汲取相位超前于電壓的電流，從而改善電網的功率因數（見功率因數的提高，因此在過去的生產實際中，除選用一部分同步電動機外，還在電網的受電端裝設一些同步調相機，用于改善電網的功率因數。根據電網負載情況的不同，適當調節調相機的勵磁電流，可改變調相機汲取的無功功率，使電網的功率因數接近于1。此外，在長距離輸電線路中，線路電壓降隨負載情況的不同而發生變化，如果在輸電線的受電端裝一同步調相機，在電網負載重時，讓其過勵運行，增加輸電線中滯后的無功電流分量，從而可減少線路壓降;在輸電線輕載的情況下，讓其欠勵運行，吸收滯后的無功電流，可防止電網電壓上升，從而維持電網的電壓在一定的水平上。同步調相機還有提高電力系統穩定性的作用。

優點：具有具有有效過負荷容量，完全可控，低諧波分量。

缺點：維修要求高?？刂祈憫徛?，特性對地點敏感，要求堅固基礎。

隨著電力電子技術的發展和靜止無功補償器的推廣使用，調相機現已很少使用。

2.采用并聯電容器的方法，在變電站變低母線上安裝并聯電容器組

設置在變電站的并聯電容器補償裝置一般都分組安裝，主要用以提高電壓和補償變壓器無功損耗。電容器組可隨電壓波動自行投切。各分組容量不一定相等，一般為數千千乏至數萬千乏，主要通過VQC裝置自動調節變電站的變壓器抽頭和控制電容器組來達到調節電壓和無功的目的。

由于并聯電容器組補償容量是根據該變電站母線電壓而配置的，所以屬于不可調節型補償法，經常會出現過補償或欠補償情況。但由于其結構簡單，安裝方便，在國內普遍利用此方法來實現變電站的就地無功補償。

并聯電容器組運行過程中的注意事項：

（1）由于受高次諧波和合閘涌流的影響，并聯電容器在實際運行中需串聯小電抗，以限制涌流倍數和抑制高次諧波，減少對電力系統的沖擊。

（2）由于受運行環境的影響，單個電容器故障率較高，經常出現熔斷器（熔絲）熔斷情況，因此，電容器組最好在室內或搭有頂棚的圍欄內運行，以減少故障率。

（3）電容器組存在分合閘時的操作過電壓，通常分閘操作的過電壓是主要的，其中分閘過電壓又主要出現在單相重擊穿時，兩相重擊穿和一次操作時發生多次重擊穿的幾率均很小。

3.采用靜止無功補償的方法，在變壓器變低側母線加裝高壓靜止無功補償器（SVG）

高壓靜止無功補償裝置主要由控制柜、功率柜和充電柜組成。并聯于電網中，相當于一個可變的無功電流源，其無功電流可以快速地跟隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償系統所需無功功率可以實現動態連續調節。

SVG系列高壓靜止無功發生器工作時通過電力半導體開關的通斷將直流側電壓轉換成與交流側電網同頻率的輸出電壓，類似一個電壓型逆變器，只不過其交流側輸出接的不是無源負載，而是電網。因此，當僅考慮基波頻率時，SVG可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個與電網同頻率的交流電壓源。它通過交流電抗器連接到電網上，無功的性質和大小靠調節電流來實現。

SVG是直接電流控制，電流輸出可以限幅，不會發生諧振或諧波電壓放大，安全性高。

輸出無功補償電流不隨母線電壓下降而下降。加上SVG的響應速度快，使得其動態補償及電壓穩定控制能力大大提高。

SVG在變電站實際運行中遇到的問題：

（1）頻繁出現高壓斷路器無法合閘，主要是站控與各控制單元通訊異常或者旁路接觸器出于合閘位。

（2）SVG與并聯電容器組聯合補償的控制策略還不夠完善。為了節省成本，變電站往往采用SVG與電容器聯合補償的方法，但是由于兩種方式的無功補償策略是單獨制定的，因此還需設備管理部門結合兩種方式特點制定統一的控制策略，才能實現無功補償效能的最大化。

三、結束語

同步調相機由于其維護成本高、安裝不方便等性能已很少在變電站內使用。在變壓器變低側母線假裝并聯電容器組由于其成本不高、安裝方便，是目前較普及的無功補償方式，但是其諧波污染和無法連續調節的問題也越來越突出。隨著電力負荷特性的多樣化，對電能質量及無功補償的要求也越來越高，SVG由于其良好的動態連續補償特性和有源特性，對維持受電端電壓，抑制電壓波動和閃變，補償系統無功功率具有顯著的作用，以后會在變電站中逐步普及。

總之，無功補償是系統性問題，應該從整個系統的角度來設計和確定局部電網及局部區域的無功補償措施，這樣才能夠綜合利用各種方法的優點，規避各自的不足，在系統層面達到無功補償的最優設計。

參考文獻

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