靜態無功補償裝置的研究

蘇振宇

摘 ?要 ?隨著我國國民經濟的發展，電網中電力負荷不斷增大，尤其是現代電力電子設備如整流器、變頻器、電弧爐等非線性負荷大量接入電網，使電網電能質量受到嚴重影響，產生大量的無功功率，降低了系統的功率因數，造成供電母線的電壓波動、閃變，引起電網三相不平衡，同時給電網輸入大量的諧波。鑒于這些問題，本文采用靜止無功補償裝置（Static Var Compensator ，SVC）對無功進行補償，并采用晶閘管控制電抗器（Thyristor Controlled Reactor，TCR）對無功裝置進行控制，調節無功，改善供電質量，維持系統的穩定經濟運行。

關鍵詞 ?SVC裝置 ?晶閘管控制 ?三相不平衡 ?控制方法

1 ?無功補償的要求、作用及原則

在現代企業中，數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網傳輸功率除有有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.70-0.85之間，企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右，這樣可以減少電網功率的輸入，給企業帶來經濟效益。目前，我國關于無功和電壓的國家標準有：

GB12325-2008電能質量-供電電壓允許偏差;

GB12326-2000電能質量-電壓波動和閃變;

GB/T 15543-2008電能質量-三相電壓不平衡;

GB50227-2017 并聯電容器裝置設計規范;

國家制定以上標準，從發電、供電、用電各方面對無功、電壓提出了明確要求。對大型工業企業來講，如果功率因數小于允許值，則要求進行無功補償。

無功補償對于維持電力系統的穩定、安全、經濟運行是十分重要的。其補償的作用有：

（1）提高系統穩定性，抑制系統電壓波動及閃變，改善系統的不平衡。在交流電弧爐、電氣化鐵道等三相負荷不平衡的場合，通過適當的無功補償可以平衡三相的有功及無功負荷;

（2）補償無功功率，提高供電系統及改善用電負荷的功率因數，減少線路功率損耗，在長距離輸電線中合適的地點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）減少發、供電設備的設計容量，減少投資。

為了使無功補償取得最佳的綜合效益，補償還應遵循的原則是：全面規劃、合理布局、分級補償、就地平衡的原則來確定最優的補償容量和分布方式。

2 ?靜態無功補償的工作原理

單獨的TCR由于只能提供感性的無功功率，因此往往與并聯電容器FC （Fixed Capacitor）配合使用。并聯上電容器后，使得總的無功功率為TCR與并聯電容器無功功率抵消后的凈無功功率，因而可以將補償器的總體無功電流偏置到可吸收容性無功的范圍內。另外，并聯電容器串上小的調諧電抗器還可兼作濾波器，以吸收負載和TCR產生的諧波電流。通過控制與電抗器串聯的反并聯晶閘管的導通角，既可以消耗系統感性無功，又可以消耗系統容性無功。由于該類補償器的響應時間快（小于半個周波），運行維護簡單，可以平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率，起到靈活調節無功功率的大小或極性的作用，故能很好地對無功功率進行動態補償。

3 ?靜態無功補償控制模型

4 ?基于潮流計算的無功優化

在控制中加入配電系統的潮流計算，分析無功分布，進行無功優化，使全網的網損達到最小。針對所研究工業企業重要負荷供電系統的特征，我們采用前推回代潮流計算方法，面向支路的前推回代潮流計算方法直接取用支路參數，在輻射狀網絡的分析中得到廣泛應用。輻射狀網絡的顯著特征之一是從任意給定的母線到源節點具有唯一的路徑，沿這一唯一的供電路徑修正電壓和電流。前推回代潮流計算方法在回推過程中計算的是各負荷節點的注入電流，從末梢節點開始，通過支路電流的求和計算，獲得各條支路的電流，在前推過程計算中利用已設定的源節點電壓作為邊界條件計算各支路電壓降和末端電壓，如此不斷的重復前推和回推兩個步驟，直到收斂。

5 ?結論

本文簡單分析了針對三相不對稱負荷的靜態無功補償裝置的工作原理，并以此建立了控制模型對其進行控制研究，最后介紹了基于潮流計算的無功優化方法。

參考文獻

[1] 王智. 靜止無功補償裝置數字控制系統的研究[D]，武漢科技大學，2005;

[2] 付延婷. 不平衡負荷的靜止無功補償裝置的研究[D]，哈爾濱工業大學，2006;

[3] 陸達，劉本國，權剛. 靜止型TCR無功補償器的控制原理及其控制方法分析[J]，電網技術，1997，21（3）：25-31;

[4] 工業與民用供配電設計手冊（第四版），中國電力出版社，2016.