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淺談電力系統無功補償的現狀

發布時間:2012-07-16 10:38所屬分類:電力瀏覽:1加入收藏

近年來,隨著國民經濟的跨越式發展,電力行業也得到快速發展,特別是電網建設,負荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網中無功功率不平衡

  摘要:近年來,隨著國民經濟的跨越式發展,電力行業也得到快速發展,特別是電網建設,負荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網中無功功率不平衡,導致無功功率大量的存在。筆者就電力系統無功補償的現狀闡述了電網中進行無功功率補償的重要性,無功補償的原理與作用,無功補償裝置的應用歷程和應用現狀等簡略的體會,概述了國內無功補償技術的研究現狀。

  關鍵詞:電力系統 無功補償 現狀

  近年來,隨著國民經濟的跨越式發展,電力行業也得到快速發展,特別是電網建設,負荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網中無功功率不平衡,導致無功功率大量的存在。筆者就電力系統無功補償的現狀闡述了電網中進行無功功率補償的重要性,概述了國內無功補償技術的研究現狀,重點介紹在實際應用中可提高配電網的運行效率,降低系統損耗等簡略的體會。

  一、無功補償的原理與作用

  在電網對用戶輸電的過程中,電網要供給負載的電功率有兩種——有功功率和無功功率。有功功率(P)是指保持設備運轉所需要的電功率,也就是將電能轉化為其它形式的能量(機械能、光能、熱能等)的電功率;而無功功率(Q)是指電氣設備中電感、電容等元件工作時建立磁場所需的電功率。

  在工業和生活用電負載中,大部分屬于感性負載,如異步電機、變壓器、工業用電弧爐等,這些設備在運行過程中需要進行無功補償。無功補償的作用是:提高電力系統及負載的功率因數,降低設備容量;穩定電網的電壓,提高供電質量。平衡三相負載的有功和無功功率等。無功補償的基本原理是把具有容性設備與感性負載相互并聯,能量在這兩種負荷間轉換,以減少電網中的無功功率。

  二、無功補償裝置應用現狀

  目前世界范圍內掀起環境保護的熱潮,電力系統是一種的特定環境,公用電網中出現的無功功率,是電網本身的運行規律所決定,但它給電網運行帶來了許多麻煩。無功功率是一種既不能作有功,但又會在電網中引起損耗,而且又是不能缺少的一種功率。

  在實際電力系統中,異步電動機作為傳統的主要負荷使電網產生感性無功電流;電力電子裝置大多數功率因數都很低,導致電網中出現大量的無功電流。無功電流產生無功功率,給電網帶來額外負擔且影響供電質量。因此,無功功率補償就成為保持電網高質量運行的一種主要手段之一,這也是當今電氣自動化技術及電力系統研究領域所面臨發展的一個重大課題,無功功率補償技術的發展經歷了從同步調相機——開關投切固定電容器——靜止無功補償器(SVC)——靜止無功發生器(SVG)的過程。

  早期的無功補償裝置為并聯電容器和同步調相機,多在系統的高壓側進行集中補償。

  并聯電容器是電網中應用最多的一種專用無功補償裝置,它價格便宜,易于安裝維護。但是由于電容量固定,不能實現系統無功的無級補償;由于電容器的負電壓效應,使系統電壓下降更大;在系統存在諧波時,可能發生并聯諧振,放大諧波電流。以上缺點使并聯電容器已不能適應電力系統發展的需要。

  同步調相機是最早采用的一種無功補償設備。它實質上是一種不帶機械負載的同步電動機。由于同步調相機屬于旋轉設備,損耗、噪聲都很大,并且運行維護復雜,在并聯電容器得到大量使用后,它便逐漸居于次要地位。近年來,同步調相機再次得到重視,被應用于高壓直流輸電系統。這是由于在系統發生故障引起電壓降低時,同步調相機可以提供電壓支持,可在短時間進行強行勵磁,同時可以給受電側提供短路電流和電壓支撐,提供電力系統的穩定性。

  隨著研究的深入,靜止無功補償技術進入人們的視線中。靜止無功補償技術是指用靜止開關投切電容器或電抗器,通過吸收或發出無功電流提高電力系統的功率因數,穩定系統電壓。其缺點是鐵心對感性負損耗較多,伴有振動和噪聲。可控飽和電抗器通過改變控制繞組的電流來控制鐵心的飽和度,從而改變電抗器的電抗,進一步改變無功電流的大小。它能夠更好的適應母線電壓較大的變化,但是振動和噪聲仍很大。

  隨著電力電子技術的進一步發展,出現了采用自換相變流電路的靜止無功補償裝置,這就是靜止無功發生器(SVG),也被稱為高級靜止無功補償裝置(ASVC)、靜止調相機(STATCON)或者靜止補償器(STATCOM)。

  三、靜止無功發生器裝置發展應用現狀

  隨著電力系統的進一步發展,要求對無功功率進行動態補償,從而產生了同步調相機。它是專門用來產生無功功率的同步電機,在過勵磁或欠勵磁的情況下,能夠分別發出不同大小的容性或感性無功功率。自20世紀2、30年代以來的幾十年中,同步調相機在電力系統中作為有源的無功補償曾一度發揮著主要作用,所以被稱為傳統的無功動態補償裝置。然而,由于它是旋轉電機,運行中的損耗和噪聲都比較大,運行維護復雜,而且響應速度慢,難以滿足快速動態補償的要求。

  20世紀70年代以來,同步調相機開始逐漸被靜止型無功補償裝置所取代,目前有些國家已不再使用同步調相機。早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器型的,1967年英國GEC公司制成了世界上第一批該型無功補償裝置。飽和電抗器比之同步調相機具有靜止、響應速度快等優點;但其鐵芯需磁化到飽和狀態,因而損耗和噪聲還是很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調節以補償負荷的不平衡,所以未能占據主流。

  電力電子技術的發展及其在電力系統中的應用,將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償的舞臺。1977年美國GE公司首次在實際電力系統中演示運行了晶閘管的靜止無功補償裝置。1978年此類裝置投入實際運行。隨后,世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產品。近10多年來,占據了靜止無功補償裝置的主導地位。于是靜止無功補償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無功補償裝置,包括晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器以及這兩者的混合裝置

  設置無功補償電容器是補償無功功率的傳統方法,目前在國內均獲廣泛應用。電容器與網絡感性負荷并聯,以并聯電容器補償無功功率具有結構簡潔、經濟方便等優點,但其阻抗是固定單一的,因此不能跟蹤負荷無功需求的變化,即不能實現對無功功率的動態補償。

  電能從發電廠送到用戶要經過輸電、變電、配電等環節,當電流通過這些環節時要產生有功和無功損耗。無功功率是建立交流電、磁場而需的功率,無功功率同有功功率一樣,是保證電力系統電能質量以及安全運行所不可缺少的部分。在有功功率不變的情況下,無功功率的存在會使功率因數降低,視在功率增大,從而需要增大發、輸電設備的容量,增加投資和電力損耗,增加運行費用,輸電線路壓降變大,不利于電力的輸送與合理應用。目前,除對SVC和SVG的無功補償進一步的探討外,人們還研究用于動態無功補償的其他各種形式的靜止變流器,包括賭流型自換相橋式電路,交—交變頻電路等,直至最近,美國電力研究院還提出統一潮流控制器。事實上,所謂柔性交流輸電系統,是20世紀80年代以來由美國電力研究院提出的一個嶄新概念,其本質就是將高壓大功率的電力電子技術應用于電力系統中,以增強對電力系統的控制能力,提高原有電力系統的輸電能力。降低電能損耗,減少無功功率,采用無功補償是最方便、經濟有效的方法之一。

  四、結束語

  在現代電力系統中,面臨著如何最大限度地發揮輸電線路的設計容量以及提高系統運行穩定性這兩大問題;而隨著電力電子技術的發展,非線性負載的沖擊性和不平衡性使電網的無功損耗增加以及受電端電壓下降,大量的無功功率在電網中的傳輸使電能利用率大大降低且嚴重影響供電質量。由于性價比較高,目前我國廣泛使用的還是靜止無功補償裝置。其中,能夠進行無功功率動態補償的基于智能控制策略的TSC仍然需要大力推廣。

  因此,進行電網中無功功率補償技術的研究是新時期電力系統工作的重要命題。


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