无功功率补偿技术发展动向
武汉大学电气工程学院 摘 要 翁利民 文中概述了无功功率补偿技术的发展,重点介绍了现阶段实际应用广泛的几种无功 补偿装置,如TSC,TCR 型,SVC,SVG,单位功率因数变流器等的工作特性与基本原理.同时 指出无功补偿与高次谐波抑制是紧密相联的,阐述了有源滤波器的机理与实际应用;并指出 有源滤波器与无源滤波器结合的相关抑制技术可以相互取长补短;还分析了解决谐波和无功 问题的一些新技术和发展动向. 关键词 无功补偿; TSC;SCR ;SVC;SVG;有源滤波器;单位功率因数变流器
无功补偿的主要作用是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗,稳定电 压, 提高供电质量,在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力,平衡三相负 载的有功和无功功率等.本文仅从技术发展的角度论述无功补偿技术的发展动 向. 1 无功补偿技术及其应用现状 1. 1 同步调相机和无功补偿电容器 早期无功补偿设备的典型代表是同步调相机,同步调相机或同步补偿器实质 就是同步电动机,当其励磁电流变化时,电动机可随之平滑地改变输出无功电流 的大小, 方向,对电力系统的稳定运行很有好处. 但同步补偿器成本高,安装复杂, 维护困难,使其应用受到限制.设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法 之一,目前在国内外得到广泛应用.这种方法有集中补偿,分组补偿,就地补偿 三种方式.并联电容器补偿无功的方法是简单经济,灵活方便,但缺点是只能补 偿固定无功,还有可能与系统发生谐波放大甚至并联谐振.随着电力半导体器件 和电力电子应用技术的发展,有望能很好地解决这些问题. 1. 2 晶闸管投切电容器( TSC) 在工程实际中一般将电容器分成组,每组都可由晶闸管投切,这样可根据电 网的无功需求投切电容器. 实际上就是阶梯式可调的吸收无功功率的动态无功补 偿器,虽然不能连续调节无功,但运行时不产生谐波,而且损耗较小. 1. 3 晶闸管控制电抗器( TCR)
晶闸管的触发延迟角的有效移相范围为90°～180°,触发延迟角在90°～ 180°之间时,晶闸管为部分导通,导通角δ< 180°,增大触发延迟角的效果就是 减小电流中的基波分量,相当于增大补偿器的等效感抗,因而减小了其吸收的无 功功率. TCR 的响应时间小于一个周波,可连续调节无功输出,但其电流中含有谐 波.单独的TCR 由于只能吸收感性无功功率.因此往往与电容器并联使用,当与 固定电容器并联时配合使用时, 称为TCR + FC ,其不足是必须按比例吸收附加在 系统设备上的电容所产生的无功功率.除全输出情况外,TCR 工作时都会产生谐 波电流,因而常需滤波器.当电容器的投切开关为晶闸管时,又称为TCR + TSC 型 静止补偿器. 以上TSC 与TCR 型式的静止补偿器具有很多功能,一般说,需要对无功进行 连续和快速控制的地方,都可以装设静止补偿器.以满足以下一个或多个要求: (1) 改善电压调整; (2) 提高静态和动态稳定; (3) 降低过电压; (4) 减少电压闪烁; (5) 阻尼次同步振荡; (6) 减少电压和电流的不平衡. 高压输电系统的一些技术领域适合静止补偿器的应用场合有: (1) 安装在长距离重负荷超高压系统的中间站,提供中间点的电压支撑,提 高输电线路的传输能力和稳定性; (2) 安装在系统联络线上,在送电功率发生波动时,提供正的阻尼效应,提高 动态稳定性; (3) 改善异常状态下与恢复运行状态下的高压直流输电换流站的运行性能; (4) 作为事故后的紧急备用无功电源. 1. 4 晶闸管串联调压电容器无功功率补偿 现行电容无功补偿方法均用机械开关或晶闸管开关投切电容器组来改变投 入运行的电容容量,实现无功调节;但这种方式存在投切时的过渡过程和晶闸管 承受电压等缺点,因此有关研究提出晶闸管串联调压电容无功功率补偿的方法. 这种方法与传统的调节电容无功原理有根本区别.它采用晶闸管开关装置2
串联变压器改变电容器组端电压,大幅度调节电容无功,电容器组不投切,其端电 压可平滑变化,因而晶闸管断态时承受电压低,接入时冲击电流小,大大改善了它 们的工作条件,并具有响应快,能频繁调节,运行时无高次谐波,成本低等优点. 但 其使用范围限于3～35kV ,容量在20Mvar 以内,难以满足更高电压与容量要求. 以上几种都是在电力系统中已经广泛得到实际应用的无功补偿装置,即所谓 静止无功补偿器(Static Var Compensator-SVC) . 2 无功补偿的新技术及其进展 2. 1 晶闸管控制的串联电容 一种新型的由晶闸管控制的串联电容( Thyristor Cont rolled Series Capacitor-TCSC) 已经开始应用于实际电力系统中.图1 是它的原理接线图.用 一对反并联的晶闸管控制串联电容的分路电抗上的电流,也等于控制分路电抗的 大小. 调整晶闸管的触发角便可在一定范围内连续调整串联电容的等值容抗或补 偿度, TCSC 由于采用无触点的快速控制,因此具有一些新的功能:

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