靜止無功補償器的分析

王鵬 江蘇師范大學科文學院 江蘇徐州 221116

關健詞:無功補償 SVC PSCAD/EMTDC 仿真

1.無功功率的產生

眾所周知,在工業和生活用電負載中,感性負載占有很大比例.異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的感性負載.異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統所提供的無功功率中占很大的比例.電力系統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率.由于電網中存在大量必須吸收無功功率才能正常工作的感性負載,使線路電壓與線路電流在相位上存在一個角度差,這樣就引出了無功功率的概念.

2.無功補償概念和意義

由上一節可見,無功補償是維持現代電力系統的穩定與經濟運行所必需的,無功補償對于供電系統和負荷的運行都是十分重要的:電力系統網絡中不僅大多數負載要消耗無功功率,大多數網絡組件也要消耗無功功率.網絡組件和負載所需要的無功功率必須從網絡中某個地方獲得.顯然,這些無功功率由發電機提供并經過長距離傳送是不合理的,通常也是不可能的.因此,合理的方法應當是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率,即進行合理的無功補償.

對電力系統中無功功率進行快速的動態補償,可以實現如下的功能:降低過電壓;減少電壓閃變; 阻尼次同步振蕩;減少電壓和電流的不平衡;對動態無功負荷的功率因數校正;提高電力系統的靜態和動態穩定性,阻尼功率振蕩; 提高供用電系統及負載的功率,降低設備容量,減少功率損耗;在三相負載不平衡的場合,通過適當的無功補償可以平衡三相的有功及無功負載;改善電壓調整.穩定受電端及電網的電壓,提高供電能量,在長距離輸電線中合適的地方設置動態無功補償裝置還可以改善輸電系統的穩定性,提高輸電能力.

3.靜止無功補償器(SVC)

3.1 SVC概念

靜止無功補償器(Static Var Compensator——SVC),全稱為靜止型動態無功補償裝置,屬于有源補償器,所謂靜止是指沒有運動部件,這和同步調相機不一樣,它是一種專指基于晶閘管的靜止型動態無功補償裝置,屬于柔性交流輸電技術范疇,將電力電子元件引入傳統的靜止并聯無功補償裝置,從而實現補償的快速和連續平滑調節的補償裝置.通常是由并聯電容器組(或濾波器)和一個可調節電感量的電感元件組成.SVC與一般的并聯電容器補償裝置的區別是能夠跟蹤電網或負荷的無功波動,進行無功的適時補償,從而維持電壓的穩定.

FACTS技術的概念提出以后,大量的FACTS裝置先后被提出.SVC作為靈活交流輸電系統FACTS中的重要一員,是其中一類較早就得到廣泛應用的一種FACTS控制器.也是目前世界電力系統應用最多、最為成熟的并聯補償設備之一.IEEE將靜止無功補償器(Static Var Compensator, SVC)定義為一種并聯型的靜止無功發生器或吸收器,其輸出可以調節以交換容性或者感性電流,從而維持或者控制電力系統中的某些特定參數(一般為母線電壓).

3.2 SVC的特點

SVC比以往的調相機具有投資省、損耗小、維護簡單、可靠性高,特別是響應速度快、控制效果顯著等一系列優點,早已在電力系統中獲得廣泛應用,為電力系統提供了新的動態電壓支撐手段.當使用SVC對直流系統進行無功補償時,和用直流換流器控制相比,它具有如下優點:無功功率控制與有功功率無關;無功功率控制HVDC運行無關;無功功率控制不影響其他換流器;當直流換流器閉鎖時,能用SVC來降低過電壓.

4.總結和展望

近年來,大量電力電子裝置的應用,給電網帶來嚴重的諧波干擾和無功沖擊,對電力系統的安全可靠運行和用電設備的正常穩定工作構成威脅.有源電力濾波器和靜止無功補償裝置能夠對諧波和無功功率進行快速地動態跟蹤補償,為保證其補償電流的準確、實時跟蹤,諧波和無功電流的瞬時檢測技術是一個關鍵環節.基于瞬時無功功率理論的檢測法是電網畸變電流檢測的有效方法,其中基于ip、iq運算方式的諧波電流檢測法在三相三線制電路中得到了成功應用.

SVC相對于其它補償裝置,其優勢是十分明顯的,具有很好的社會經濟效益及推廣應用價值,應用前景非常廣泛.由于作者水平所限及時間倉促,還有許多工作沒有完成.我認為,今后可從以下幾方面對系統進行改進:

(1) 對電網三相電壓存在畸變或者不對稱等情況時的SVC性能進行研究,提高系統實用性.本文SVC主控制器的仿真試驗是基于理想化的電網狀態,即電網電壓為三相正弦電壓.如何在對不對稱電網電壓下的無功進行補償以及如何補償不對稱負載是今后值得研究的重要方面.

(2) 對系統參數進行優化.提高系統功率,做較大容量的SVC裝置.本論文主要對SVC進行了理論分析級仿真研究,并進行了部分實驗工作,希望以后早日實現SVC從實驗室到現場投運這關鍵的一步.

(3) 提高SVC的動態補償速度和補償精度,讓其能夠更有效地投入到電力系統的應用中,能夠應用在更廣泛的領域中,更多地為電力行業帶來方便.