王鵬

【摘要】：電網(wǎng)功率因數(shù)偏低已成為當(dāng)今供電領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一。無(wú)功補(bǔ)償是維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，維護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要手段。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)主要包括大功率電子器件、無(wú)功電流檢測(cè)方法、無(wú)功的補(bǔ)償控制技術(shù)等主要內(nèi)容，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

關(guān)健詞：無(wú)功補(bǔ)償 SVC PSCAD/EMTDC 仿真

1.無(wú)功功率的產(chǎn)生

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

2.無(wú)功補(bǔ)償概念和意義

由上一節(jié)可見(jiàn)，無(wú)功補(bǔ)償是維持現(xiàn)代電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必需的，無(wú)功補(bǔ)償對(duì)于供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的：電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不僅大多數(shù)負(fù)載要消耗無(wú)功功率，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件也要消耗無(wú)功功率。網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)載所需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(yīng)當(dāng)是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，即進(jìn)行合理的無(wú)功補(bǔ)償。

對(duì)電力系統(tǒng)中無(wú)功功率進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能：降低過(guò)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(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功負(fù)荷的功率因數(shù)校正； 提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩； 提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率，降低設(shè)備容量，減少功率損耗；在三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無(wú)功負(fù)載；改善電壓調(diào)整。穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電能量，在長(zhǎng)距離輸電線中合適的地方設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。

3.靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）

3.1 SVC概念

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator--SVC），全稱(chēng)為靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，屬于有源補(bǔ)償器，所謂靜止是指沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，這和同步調(diào)相機(jī)不一樣，它是一種專(zhuān)指基于晶閘管的靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，屬于柔性交流輸電技術(shù)范疇，將電力電子元件引入傳統(tǒng)的靜止并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)目焖俸瓦B續(xù)平滑調(diào)節(jié)的補(bǔ)償裝置。通常是由并聯(lián)電容器組（或?yàn)V波器）和一個(gè)可調(diào)節(jié)電感量的電感元件組成。SVC與一般的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的區(qū)別是能夠跟蹤電網(wǎng)或負(fù)荷的無(wú)功波動(dòng)，進(jìn)行無(wú)功的適時(shí)補(bǔ)償，從而維持電壓的穩(wěn)定。

FACTS技術(shù)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(tǒng)FACTS中的重要一員，是其中一類(lèi)較早就得到廣泛應(yīng)用的一種FACTS控制器。也是目前世界電力系統(tǒng)應(yīng)用最多、最為成熟的并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備之一。 IEEE將靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator， SVC）定義為一種并聯(lián)型的靜止無(wú)功發(fā)生器或吸收器，其輸出可以調(diào)節(jié)以交換容性或者感性電流，從而維持或者控制電力系統(tǒng)中的某些特定參數(shù)（一般為母線電壓）。

3.2 SVC的特點(diǎn)

SVC比以往的調(diào)相機(jī)具有投資省、損耗小、維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高，特別是響應(yīng)速度快、控制效果顯著等一系列優(yōu)點(diǎn)，早已在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用，為電力系統(tǒng)提供了新的動(dòng)態(tài)電壓支撐手段。當(dāng)使用SVC對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，和用直流換流器控制相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)功功率控制與有功功率無(wú)關(guān)；無(wú)功功率控制HVDC運(yùn)行無(wú)關(guān)；無(wú)功功率控制不影響其他換流器；當(dāng)直流換流器閉鎖時(shí)，能用SVC來(lái)降低過(guò)電壓。

4.總結(jié)和展望

近年來(lái)，大量電力電子裝置的應(yīng)用，給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的諧波干擾和無(wú)功沖擊，對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和用電設(shè)備的正常穩(wěn)定工作構(gòu)成威脅。有源電力濾波器和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠?qū)χC波和無(wú)功功率進(jìn)行快速地動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，為保證其補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)跟蹤，諧波和無(wú)功電流的瞬時(shí)檢測(cè)技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；谒矔r(shí)無(wú)功功率理論的檢測(cè)法是電網(wǎng)畸變電流檢測(cè)的有效方法，其中基于ip、iq運(yùn)算方式的諧波電流檢測(cè)法在三相三線制電路中得到了成功應(yīng)用。

SVC相對(duì)于其它補(bǔ)償裝置，其優(yōu)勢(shì)是十分明顯的，具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)用前景非常廣泛。由于作者水平所限及時(shí)間倉(cāng)促，還有許多工作沒(méi)有完成。我認(rèn)為，今后可從以下幾方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：

（1） 對(duì)電網(wǎng)三相電壓存在畸變或者不對(duì)稱(chēng)等情況時(shí)的SVC性能進(jìn)行研究，提高系統(tǒng)實(shí)用性。本文SVC主控制器的仿真試驗(yàn)是基于理想化的電網(wǎng)狀態(tài)，即電網(wǎng)電壓為三相正弦電壓。如何在對(duì)不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)電壓下的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償以及如何補(bǔ)償不對(duì)稱(chēng)負(fù)載是今后值得研究的重要方面。

（2） 對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。提高系統(tǒng)功率，做較大容量的SVC裝置。本論文主要對(duì)SVC進(jìn)行了理論分析級(jí)仿真研究，并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)工作，希望以后早日實(shí)現(xiàn)SVC從實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)這關(guān)鍵的一步。

（3） 提高SVC的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度和補(bǔ)償精度，讓其能夠更有效地投入到電力系統(tǒng)的應(yīng)用中，能夠應(yīng)用在更廣泛的領(lǐng)域中，更多地為電力行業(yè)帶來(lái)方便。

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