关键字:电容器;SVG;补偿
Abstract: The traditional capacitor compensation because the response time is slow, can´t compensate the disadvantages of dynamic tracking system, has been unable to adapt to the future development of smart grid, this paper contrasts the SVG and capacitor group, expounds the principle of SVG technology, the advantages and disadvantages of capacitors. The new reactive power compensation equipment represented by SVG technology is advanced and reliable, and it has a wide application market prospect.
Key words: Capacitors; SVG; Compensation
【中图分类号】TM53 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2018)05-0000-00
1 引言
无功补偿装置是电力系统中是必不可少的,它的主要作用是提高供配电系统的功率因数,从而提高输电设备和变电设备的利用率,提高用电效率,降低用电成本;另外,在长距离输电线路中,在合适的地点加装动态无功补偿装置,还可以改善输电系统的稳定性,提高输电能力,稳定受电端及电网的电压。
随着技术的逐步发展,越来越多的人选择用动态无功补偿装置代替传统电容补偿装置。那么,就来看看传统补偿装置与静止无功发生器(SVG)的对比。
固定无功补偿方案是补偿无功功率的传统方法[1]。装置具有结构简单、经济方便等优点,其补偿无功的容量是设计根据计算的平均负荷大小而确定的,是一个不可调的固定量,通常由电抗器和电容器串联组成,其功能主要是补偿负荷产生的感性无功。一般采用机械开关控制电容器的投切,投切时的冲击电流和操作过电压大,易发生谐振,因此不能频繁投切。
由于固定补偿装置的补偿容量不能随负荷而变化,“欠补”和“过补”交替发生,计费方式又为“反转正计”,使得变电所平均功率因数达不到0.9的要求,使供电设备的能力不能充分发挥。
目前我国普遍采用的方案是在变电所设置固定电容并联补偿。该方案主要问题是在无负荷和轻负荷的区段,过补偿十分突出,投入固定并联补偿电容后,功率因数比不投时还低,无法达到经济功率因数的要求,变电所因功率因数大幅下降,而遭受巨额罚款,固定电容器补偿还会导致空载时电压抬升,反而恶化电压质量。
从以上分析结论可知,变电所采用固定补偿方案解决不了功率因数问题,不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功,所以不具备抑制谐波[2]和电压波动。要解决功率因数问题,抑制谐波和电压波动,必须放弃固定补偿方案,寻求新的补偿方案。
2 静止无功发生器(SVG)
所谓SVG(Static Var Generator),就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。链式SVG拓扑结构图如图1所示。
以单相电路为例,设电网电压和SVG输出的交流电压分别用 和 表示,则连接电抗上的电压 即为 和 的相量差。则不计损耗情况下的等效电路如图2(a)所示,其电流超前和滞后两种情况的向量图如图2(b)所示。在图2所示的等效电路中,忽略连接电抗器和变流器的损耗,SVG不会从电网中吸收有功损耗,在这种情况下,只需使 与 同相,仅改变 幅值大小即可以控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后,并且能控制该电流的大小。
以单相电路为例,设电网电压和SVG输出的交流电压分别用 和 表示,则连接电抗上的电压 即为 和 的相量差。则不计损耗情况下的等效电路如图2(a)所示,其电流超前和滞后两种情况的向量图如图2(b)所示。在图2所示的等效电路中,忽略连接电抗器和变流器的损耗,SVG不会从电网中吸收有功损耗,在这种情况下,只需使 与 同相,仅改变 幅值大小即可以控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后,并且能控制该电流的大小。
从SVG工作原理的描述可以看出,如果要使SVG在补偿无功的基础上还对负载谐波进行抑制,只需要使SVG输出相应的谐波电流即可。因此,从这个意义上说,SVG能够同时实现补偿无功电流和谐波电流的双重目标。
通过上面对SVG原理的描述可以知道,SVG可以根据负载特点和工况,自动调节其输出的无功功率的大小和性质(容性或者感性)。因此,从本质上讲,SVG可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器。
SVG是目前最为先进的无功补偿技术,其基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件,而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲,SVG较传统的无功补偿装置有如下优势。
(1)响应时间更快
SVG响应时间:<5ms。
传统动补装置响应时间:≥10ms。
SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换,这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
(2)抑制电压闪变能力更强
传统动态补偿对电压闪变的抑制最大可达2:1,SVG对电压闪变的抑制可以达到5:1,甚至更高。此外,由于SVG响应速度极快,增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。
(3)运行范围更宽
SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作,所以比其他类型动态补偿的运行范围宽很多。更重要的是,在系统电压变低时,SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。而其他类型动态补偿均靠电容器提供容性无功,其输出的无功电流与电网电压成正比,电网电压越低,其输出的无功电流也越低,所以对电网的补偿能力也相应变弱。这是其他类型动态补偿技术上的本质缺点。
(4)补偿功能多样化
使同一套SVG装置,可以实现不同的多种补偿功能:
单独补偿负载无功
单独补偿负载谐波
单独补偿负载不平衡
同时补偿负载无功、谐波和不平衡
所以,SVG具有强大的补偿功能。
(5)有源滤波功能
SVG采用了PWM技术[3],不仅自身产生的谐波含量极低,还能够对负载的谐波和无功进行补偿,实现有源滤波的功能,真正做到多功能化。
(6)占地面积较小
由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件,SVG的占地面积通常只有相同容量其他类型动补的50%,甚至更小。所以,在一些厂矿改造中SVG具有很大的优势。
3 补偿方案对比
3.1 SVG和电容补偿的对比表
通过以上介绍,将二者的性能列表比较如表2所示。
3.2 电容器后期运行的安全隐患
(1)电容器不具备滤波功能,并且由于并补电容器的构造与滤波电容器不同,所以若有谐波注入到其中还会造成电容器烧毁,尤其在大电机启动瞬间,会产生大量的谐波电流,瞬间就有可能烧毁电容器;
(2)并联电容器改变了系统阻抗,设计时可以尽量避免其与系统谐振,但由于负荷工作在不同状态,系统的阻抗是在变化的,因此就有可能因增加了并联电容器而造成系统产生串并联谐振,造成大规模烧毁设备;
(3)电容器补偿具有软特性,因为电容器的出力是与电网电压的平方成正比的,所以当电网电压变化时,电容器出力的变化更加明显。而且,当电网电压降低时,需要靠容性无功来支撑电网电压,而此时电容器的出力反而降低了,没办法有效支撑电压;反之,当电网电压升高时,需要靠感性无功来拉低电网电压,但这时电容器的出力反而增大了,加剧了电网的升高,使系统故障扩大。
(4)在系统正常运行的情况下,电容器还可进行正常补偿,但当系统发生故障时,其不仅不能有效抑制系统的故障,并且可能会扩大系统故障,扩大事故。
4 结束语
SVG相比电容器组优势明显,无论是响应速度还是补偿效率等。当前对电网质量的要求传统电容器组使用有很大的局限性,以SVG为代表的新型无功补偿设备是电能质量领域的未来技术发展方向。
参考文献
[1]王兆安,杨君,刘进军. 谐波抑制和无功补偿[M]. 机械工业出版社,2006年1月1日.
[2]中国国家标准GB/T 14549-93:电能质量 公用电网谐波[S]. 北京:中国标准出版社,1994.
[3]王兆安,黄俊. 电力电子技术[M]. 北京:机械工业出版社,2007年6月.
作者简介
张岩 (1985-) 男 工程师 现任职于梦网荣信科技集团股份有限公司
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