我國中壓動態(tài)無功補償裝置的發(fā)展及展望

1、我國中壓動態(tài)無功補償裝置的發(fā)展及展望摘要:從無功補償裝置應用的必要性出發(fā),介紹了無功補償裝置的原理及組成,分析了常見無功補償裝置的優(yōu)缺點,論述了國內(nèi)外無功補償裝置的應用現(xiàn)狀。著重介紹了新技術(shù)在SVC裝置中應用,對比分析了無功補償裝置中的電力電容器、控制方案和投切元件,最后展望了智能型SVC的廣泛應用是中壓無功補償裝置的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:無功補償裝置;電力電容器;控制方案;投切元件國家能源局發(fā)布的2011年7月全社會用電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,中國全社會用電量為4 349億千瓦時,同比增長11.8%,與此同時部分省市依然面臨幾十萬乃至幾百萬千瓦的電力缺口。伴隨著供電量的增加,電網(wǎng)建設(shè)的速度明顯滯后,網(wǎng)絡

2、損耗的問題日益突出。我國中壓配電網(wǎng)基本以10 kV為主,而10 kV配電網(wǎng)的網(wǎng)絡損耗最大,改造的潛力也最大。無功補償裝置能有效地達到平衡電網(wǎng)中的無功、提高系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)中無功儲備、防止電壓崩潰、保障電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗,是電網(wǎng)能夠安全運行不可缺少的部分,也是提高中壓輸配電網(wǎng)絡經(jīng)濟性和保障可靠運行的一種經(jīng)濟實用的技術(shù)手段。動態(tài)補償技術(shù)是解決電壓跌落問題的最終途徑。1 無功補償裝置的概述無功補償裝置從原理上說是電網(wǎng)中呈容性或感性的元件,它是由電容器組及其配套設(shè)備(投切元件、檢查及保護元件連接而成的一個整體,對系統(tǒng)進行無功功率補償、電壓控制的裝置。早期無功補償裝置FC補償容量固定,而且

3、可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振,目前在無功補償項目中已不再使用。隨著柔性輸變電元件的廣泛應用和智能電網(wǎng)的興起,SVC和SVG得到越來越多的關(guān)注1。上世紀70年代起以晶閘管投切電容型(TSC型SVC及晶閘管投切電容器-晶閘管控制電抗器型(TSC-TCR型SVC2-3為主要形式的靜止無功補償器SVC(Static Var Compensator在工業(yè)領(lǐng)域和電網(wǎng)領(lǐng)域中得到廣泛應用。這類無功補償裝置采用晶閘管串聯(lián)控制技術(shù),損耗小、速度快、控制靈活。TSC 型SVC只能提供容性電流,不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率,無諧波產(chǎn)生且損耗較小,但它不能對沖擊性負荷引起的電壓閃變進行很好的抑制。TCR+FC型SVC運行可靠、價格便宜,

4、但由于TCR 在工作中產(chǎn)生的感性無功電流會被固定電容中的容性無功電流平衡,會造成器件和容量的浪費。TCR+TSC型SVC存在的問題是晶閘管單管耐壓較低,且其控制方法復雜,價格昂貴。20世紀80年代出現(xiàn)了一種更為先進的靜止無功補償裝置,即靜止無功發(fā)生器SVG(Static Var Generator。SVG分為電壓型和電流型橋式電路兩種。SVG產(chǎn)生諧波少,無功調(diào)節(jié)能力強,占地面積小,但是控制比較復雜,而且成本比較高,技術(shù)不完全成熟,目前仍處于研究試用中。各種無功補償裝置性能對比如表1所示。2 國內(nèi)外中高壓無功補償裝置應用現(xiàn)狀國外生產(chǎn)研制SVC的公司有ABB、SIEMENS、AREVA 等。而國內(nèi)

5、公司主要有鞍山榮信、南瑞繼保、西電科技等。首先從國際范圍來講,目前在國外SVC技術(shù)已經(jīng)相當成熟并取得廣泛的工程應用,SVG裝置作為一種比SVC在動態(tài)補償上表現(xiàn)更良好的先進補償裝置已經(jīng)開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并應用于工程領(lǐng)域,ABB生產(chǎn)的PCS 6000STATCOM適合安裝在風電場中,使風電符合電網(wǎng)連接的規(guī)范,或為公用電網(wǎng)提供快速動態(tài)無功功率補償器,已在英國東南部的小切恩(Little Cheyne Court風電場投運成功。SVG 由于價格比較高,還不能完全取代SVC在動態(tài)補償領(lǐng)域的作用4。國內(nèi)2004年鞍山紅一變100 Mvar SVC示范工程開始了國產(chǎn)SVC裝置在電網(wǎng)中的應用。榮信電力(RXPE生

6、產(chǎn)的SVC通過德國TUV、歐盟CE以及瑞士SGS ISO9001等國際認證,采用國際標準生產(chǎn),并且SVC 裝機數(shù)量超過750套,位居世界第一。榮信電力(RXPE生產(chǎn)的SVG綜合了ABB和Mitsubishi 的優(yōu)點,功率單元采用二極管嵌位的三電平變流器,然后通過升壓變壓器并聯(lián)于電網(wǎng)上。當前國內(nèi)電壓等級最高、容量最大的靜止無功補償系統(tǒng)為龍泉桃鄉(xiāng)500 kV變電站SVC系統(tǒng)擁有兩套額定輸出容量為2×180 Mvar,電壓等級為66 kV的靜止無功補償裝置。3 我國中壓無功補償裝置的現(xiàn)狀電網(wǎng)無功功率調(diào)節(jié)是靠無功裝置來實現(xiàn)的,因此無功補償裝置運行是否可靠,技術(shù)條件能否滿足電網(wǎng)的要求是值得分析

7、和討論的。事實上,SVC比SVG在電網(wǎng)的輸配電系統(tǒng)中應用更廣,比例大概為6.7:15。所以SVC仍是目前中壓無功補償裝置的主導產(chǎn)品。當前中壓無功補償裝置主要存在以下問題:(1功能簡單、聯(lián)網(wǎng)能力薄弱、抗干擾能力差、控制精度低;(2從投切電容和調(diào)節(jié)變壓器的判據(jù)來講,利用在線測量的功率因數(shù)與整定的功率因數(shù)比較的原理來確定,在這種情況下投切電容器難免會引起電流、電壓的波動,既影響供電質(zhì)量,又降低設(shè)備壽命;(3目前的大多數(shù)中壓無功補償裝置仍采用普通開關(guān)來進行投切,易引起很大的涌流及操作過電壓,同時開關(guān)在大的電流下觸頭也容易發(fā)生燒損。就目前情況而言,SVC技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)展比較成熟,但仍具有一定的發(fā)展空間。

8、目前很多廠家對中壓無功補償裝置做了改進和提高,現(xiàn)從電力電容器、控制方式、投切元件三方面對裝置進行分析。3.1 電力電容器通常無功補償裝置質(zhì)量的優(yōu)劣取決于補償用的電容器。我國電力電容器制造業(yè)發(fā)展始于20世紀50年代,電容器作為一種重要的無功電源,在電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)和功率因數(shù)調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要作用。它是電力系統(tǒng)并聯(lián)無功補償、串聯(lián)補償、諧波濾波裝置的核心器件。高壓自愈式電容器由于具有安全防爆和環(huán)境保護的作用,目前被廣泛使用。表2所示為我國目前電力電容的主流產(chǎn)品。3.2 控制方案SVC因其成本較低,且承受的功率較SVG高,智能型SVC能解決傳統(tǒng)無功補償裝置產(chǎn)生的涌流、過電壓、干擾等問題,能節(jié)約30%40%的