各種靜止無功功率補(bǔ)償裝置的對比及發(fā)展趨勢

⑧、結(jié)構(gòu)合理便于維護(hù)；11、LVC低壓自動投切無功補(bǔ)償柜適用場合與使用方法LVC補(bǔ)償柜適用于低壓配電系統(tǒng)諧波電流較小(諧波畸變率小于20%)的場合，達(dá)到節(jié)能降耗提高功率因數(shù)減少力率電費(fèi)。當(dāng)諧波電流較大時(shí)，要采用去諧無功補(bǔ)償柜，或先采取就地諧波治理(采用HTHF諧波濾波器)，將諧波電流減小到20%以下。概述VSVC1系列靜止無功補(bǔ)償裝置是一種典型的柔性交流輸電裝置，它可以增加線路的輸電能力；穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，增加電壓穩(wěn)定裕度；提高功率因數(shù)，減少無功潮流，降低網(wǎng)損；降低非線性負(fù)荷所引起的電壓波動、閃變、負(fù)序和諧波干擾，改善電能質(zhì)量，提高生產(chǎn)率；加強(qiáng)對低頻震蕩的阻力以及抑制次同步震蕩。靜止無功補(bǔ)償裝置可快速改變發(fā)出的無功，具有較強(qiáng)的無功調(diào)節(jié)能力，可為電力系統(tǒng)提供動態(tài)無功電源，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓、重負(fù)荷時(shí)能輸出容性無功，當(dāng)系統(tǒng)電壓較高、輕負(fù)荷時(shí)能輸出感性無功，將供電電壓補(bǔ)償?shù)揭粋€合理的水平。靜止無功補(bǔ)償裝置通過動態(tài)調(diào)節(jié)無功處理，抑制波動沖擊負(fù)荷運(yùn)行時(shí)引起的母線電壓變化，有利于瞬時(shí)電壓恢復(fù)，提供系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平。靜止無功補(bǔ)償裝置根據(jù)控制方式的不同分為TCR型靜止無功補(bǔ)償裝置和MCR型靜止無功補(bǔ)償裝置。12、TCR型靜止無功補(bǔ)償裝置技術(shù)參數(shù)

技術(shù)指標(biāo)：電網(wǎng)電壓：6~35KV；TCR容量：2~200Mvar；可控硅閥組結(jié)構(gòu)：臥式；可控硅冷卻方式：水冷、風(fēng)冷；控制系統(tǒng)：全數(shù)字式控制系統(tǒng)；調(diào)節(jié)方式：三相平衡、分相調(diào)節(jié)；控制方式：無功、電壓；調(diào)節(jié)范圍：-100~100%；回應(yīng)時(shí)間：≤10ms；晶閘管觸發(fā)角：102°~165°；觸發(fā)方式：光電觸發(fā)；噪聲水平：水冷卻無噪聲；平均功率因數(shù)：≥0.95；運(yùn)行環(huán)境：-20℃~+80℃；三、無功補(bǔ)償器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢利用高性能無功補(bǔ)償器可以提高電力系統(tǒng)的傳輸容量，同時(shí)保持或提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。這樣可以為用戶提供更多的電能，對環(huán)境的影響最小，縮短施工周期，降低調(diào)研成本，這相當(dāng)于建立新輸電線路或發(fā)電廠。一些高性能無功補(bǔ)償器已在一些電力系統(tǒng)安裝運(yùn)行，下面將介紹這些系統(tǒng)，有的工程是由推動FACTS技術(shù)發(fā)展的電力研究院（EPRI）發(fā)起的。1、400kV系統(tǒng)的串聯(lián)補(bǔ)償連接在瑞典北部和中部的420kV系統(tǒng)有8套串聯(lián)電容的8條線路，共4800MVAr。每套串聯(lián)電容的補(bǔ)償能力設(shè)計(jì)目標(biāo)是優(yōu)化420kV獨(dú)立線路和并聯(lián)聯(lián)接的245kV電網(wǎng)的有功分配，從而使整個電網(wǎng)的損耗最小。相對于不補(bǔ)償時(shí)，幾年節(jié)約的損耗費(fèi)用能抵消串聯(lián)電容的投資。這些補(bǔ)償裝置的另一個好處是在大波動時(shí)和大波動后提供無功和電壓支撐。圖3給出了典型的串聯(lián)電容補(bǔ)償線路。每組的補(bǔ)償度為30%~70％，這樣在8條線路上可得到多于7000MW的穩(wěn)態(tài)傳輸能力。沒有串聯(lián)補(bǔ)償，需要另外增加5條線路。從成本角度講，這是不允許的；從環(huán)境角度看，占用走廊等。這些裝置運(yùn)行可靠，每年只有不到0.1％的故障率。通過調(diào)查，其他故障不影響其運(yùn)行。它設(shè)置了一個簡單而可靠的監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)。500kV輸電線（Winnipeg（加拿大）－Minnedota（美國））為了增加系統(tǒng)原有線路的交換能力，Minnedota的北方電網(wǎng)公司（NSP）在Winnipeg－Minnedota的500kV系統(tǒng)上用了一套SVC，并安裝在Forbes變電站（圖5-10）。安裝SVC代替新線路建設(shè)，則提高了線路的利用率，減少了對環(huán)境的影響，輸電能力增加了200MW。500kV電壓等級的補(bǔ)償系統(tǒng)有感性450MVAr至容性1000MVAr動態(tài)變化范圍，這是世界上最大的系統(tǒng)之一，由一套SVC和2個500kV、300MVAr的機(jī)械投切電容器（MSC）組成（如圖5-11）所示。SVC最大感性容量設(shè)計(jì)為能控制在500kV線路北部末端的HVDC掉電時(shí)引起的過電壓。SVC由2個TSR和3個TSC組成，能承受150％額定電壓的過電壓（u＜200ms）。如果沒有SVC，345kV系統(tǒng)的故障會引起電壓波動，或來自Manitoba的HVDC線路的掉電會引起過電壓，從而嚴(yán)重限制NSP的輸電能力。2、解決納米比亞長傳輸線諧振的新型SVC納米比亞在非洲西南，位于安哥拉、博茨瓦納、南非和大西洋之間。建設(shè)新的400kV線路可以向納米比亞提供可的電力，但這是有困難的。890km的線路有以下問題：電壓不穩(wěn)定、接近50Hz的諧振。這些問題在NamPower系統(tǒng)已存在。為了解決這問題，提出幾種辦法，在Auas變電站采用FACTS技術(shù)之前，提出了用固定投切電抗的方案。最后決定用如圖31所示的SVC。該裝置由有4臺TCR和2臺40MVAr的雙調(diào)諧濾波器組成。濾波器在穩(wěn)態(tài)時(shí)濾除諧波，并且提供容性無功功率。為了控制系統(tǒng)電壓，SVC的動態(tài)范圍為330MVAr（容性80MVAr至感性250MVAr）。SVC系統(tǒng)必須具有高效率。如果不用SVC，則400kV系統(tǒng)會有過電壓危險(xiǎn)。結(jié)果，運(yùn)行效率被規(guī)定為99.7%，這從整體上就強(qiáng)烈地影響了部件和子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、質(zhì)量、功能和布局以及SVC策略。容性無功功率由2個40MVAr的濾波器提供，它們是雙調(diào)諧的3次或5次不接地濾波器。雙調(diào)諧的設(shè)計(jì)方案是為了保證當(dāng)一個濾波器故障時(shí)，另一個仍可有效地濾波。3、海底隧道鐵路線今天，從英國倫敦到法國巴黎只要2個多小時(shí)，列車速度達(dá)到300km/h。牽引電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)為10MW。牽引反饋系統(tǒng)是由自動變壓器連接的2個50Hz的25kV線路，牽引電網(wǎng)的電壓降保持很低。通過變壓器連接2相線路，從電網(wǎng)直接得到電能。如圖（5-12）中的系統(tǒng)主要特點(diǎn)是SVC支撐。SVC的目的：第一，當(dāng)兩條線路由一個變電站供電時(shí)，即具有一條饋線時(shí)，SVC補(bǔ)償無功不平衡負(fù)載，支撐鐵路電壓；第二，正常運(yùn)行時(shí)，在維持單位功率因數(shù)的前提下保證有功功率損耗保持較低；第三，通過濾除諧波，SVC能消除牽引系統(tǒng)的諧波污染。由于對于鐵路系統(tǒng)向上級電網(wǎng)注入的諧波有嚴(yán)格規(guī)定，所以諧波補(bǔ)償也很重要，SVC對于電壓的支撐只是在連接變壓器的牽引側(cè)。特大功率變壓器有2個串聯(lián)繞組，其中點(diǎn)接地，具有180°相差。SVC通過該2個繞組連接，這樣有2個獨(dú)立的單相SVC從饋線到地和從接觸網(wǎng)到地。兩相間有120MW的牽引負(fù)載，若沒有補(bǔ)償則會有2％的負(fù)序電壓。安裝在Sellindge變電站的負(fù)載平衡器（不對稱控制的SVC）用來平衡負(fù)載無功。為了平衡負(fù)載無功（從上級電網(wǎng)看），負(fù)載平衡器在相間傳輸有功功率。靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）“電壓控制器”——在田納亞州東北的Sullivan變電站的±100MVAr的靜止補(bǔ)償器在田納亞州東北的Sullivan變電站（TVA），通過一個1200MVA變壓器組，把4條161kV輸電線連接到500kV大容量電網(wǎng)。如圖的STATCOM是由48脈波、電平電壓源逆變器實(shí)現(xiàn)的，該逆變器組合了8個額定功率12.5MVA的6脈波三相逆變器橋。整個系統(tǒng)也包括一個耦合逆變器到161kV線路的Y/△連接的降壓變壓器和一個有操作界面的中央控制系統(tǒng)。STATCOM系統(tǒng)安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)設(shè)計(jì)的、具有金屬墻和屋頂?shù)姆孔永铮浯笮?7.4×15.2m。每天負(fù)載增加時(shí)，STATCOM調(diào)節(jié)161kV母線電壓，減少連接兩個系統(tǒng)的變壓器抽頭變化。通過采用無功功率補(bǔ)償來調(diào)整總線電壓，已經(jīng)使抽頭變換器的使用次數(shù)從原來的每月250次降到了2～5次。調(diào)節(jié)抽頭的機(jī)械容易損壞，每次故障損失100萬美元。若沒有STATCOM，電力公司將安裝第二套變壓器，或建設(shè)第五條161kV線路，這兩者代價(jià)都很大。5、UPFC“所有系統(tǒng)參數(shù)的控制器”—在維吉尼亞東北的伊內(nèi)茲變電站（AEP）±160MVAr并聯(lián)和±160MVAr串聯(lián)伊內(nèi)茲地區(qū)負(fù)載大約2000MW，通過長而且負(fù)載大的138kV傳輸線輸送。在正常的電力輸送時(shí)，對于突發(fā)事件，僅有很小的電壓穩(wěn)定范圍。單相故障時(shí)會嚴(yán)重影響138kV系統(tǒng)，有時(shí)會引起二次事故，導(dǎo)致大面積停電。伊內(nèi)茲地區(qū)的可靠系統(tǒng)需要電壓支撐和增加提供有功功率的設(shè)備。研究表明系統(tǒng)要作以下改造：（1）建設(shè)新的從BigSandy到伊內(nèi)茲變電站的138kV大容量雙回傳輸線；（2）在伊內(nèi)茲變電站安裝FACTS，提供動態(tài)電壓支撐，保證新建設(shè)的大容量輸送線的利用率。對系統(tǒng)電壓、有功和無功潮流提供獨(dú)立動態(tài)控制，UPFC可以保證這些要求。UPFC由2個相同的三相48脈波、160MVA電壓源逆變器組成（圖5-14）。2個逆變器通過2個變壓器與系統(tǒng)連接，通過一系列磁耦合繞組組成48脈波正弦電壓。這樣可實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)行方式：并聯(lián)的逆變器1和任何一個變壓器可作為STATCOM，串聯(lián)的逆變器2可作為SSSC。同樣，逆變器2和并聯(lián)變壓器可作為另一個STATCOM。這樣，可得到±320MVA的并聯(lián)無功，對伊內(nèi)茲地區(qū)的故障提供電壓支撐。安裝UPFC的好處如下：（1）在雙傳輸線突發(fā)事件時(shí)為伊內(nèi)茲變電站提供動態(tài)電壓支撐，阻止電壓跌落；（2）為新的138kV大容量線路（950MVA）提供有功和無功的靈活獨(dú)立的控制；（3）減少了多于24MW的有功損耗，這相當(dāng)于每年減少CO2排放量85000t；（4）為伊內(nèi)茲母線增加了100MW的傳輸能力，并且提供了很好的電壓支撐。6、紐約345kV輸電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）在紐約345kV輸電系統(tǒng)中，已經(jīng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、試驗(yàn)并運(yùn)行了一套CSC，此裝置基于FACTS技術(shù)，是多樣性可重組設(shè)備。圖35的CSC由2個100MVA的VSC構(gòu)成，可作為STATCOM、SSSC、UPFC和IPFC使用。在紐約電力機(jī)構(gòu)（NYPA）的馬西山345kV變電站，安裝的CSC包括：1個有兩個相同二次繞組的200MVA并聯(lián)變壓器和2個為2條345kV線路的串聯(lián)設(shè)備設(shè)置的100MVA串聯(lián)耦合變壓器。CSC控制345kV母線電壓，提高輸電能力，控制馬西山變電站的2條345kV線路（馬西山－新蘇格蘭，馬西山－庫珀角）的潮流。圖35中的每個電壓源逆變器有12個三電平NPC極連到一個公共的直流母排，逆變器輸出端連到中間變壓器，變壓器把三相接近正弦的48脈波電壓耦合到系統(tǒng)。無功功率發(fā)生器和補(bǔ)償器的技術(shù)發(fā)展過程進(jìn)行了敘述，并對無功補(bǔ)償?shù)脑砗屠孟嗫匕雽?dǎo)體器件的補(bǔ)償裝置進(jìn)行了分析?；贗GBT和IGCT的自關(guān)斷裝置能改善無功補(bǔ)償?shù)男阅埽壕哂懈斓膭討B(tài)回應(yīng)速度，能控制更多的變量。文章介紹的新型更高電壓等級的自關(guān)斷無功功率補(bǔ)償器拓?fù)鋵⑻岣邿o功功率補(bǔ)償器對未來的影響。通過給出的工程實(shí)例，證明了現(xiàn)代靜止無功功率補(bǔ)償器可提高電力系統(tǒng)的性能和協(xié)助增強(qiáng)電能供應(yīng)的可靠性和質(zhì)量。這些例子同時(shí)表明，在電網(wǎng)性能和可靠性成為更重要因素的情況下，無功功率補(bǔ)償器將獲得更廣泛的應(yīng)用。利用無功補(bǔ)償對電網(wǎng)更好的控制能力，可減少輸電線路的投資。現(xiàn)代控制、實(shí)時(shí)信息和信息技術(shù)的結(jié)合，將使電網(wǎng)的傳輸能力接近它們的物理極限。另外，隨著更快、更大功率的半導(dǎo)體器件的研發(fā)，無功發(fā)生器將在更廣的范圍得到應(yīng)用。致謝本文的成功完成要感謝我的指導(dǎo)老師xxx老師，另外也要感謝其他同學(xué)給予我的幫助。主要參考文獻(xiàn)：［1］A．C．MATHEB．超高壓輸電線路用的靜止無功補(bǔ)償器．湖北：湖北電力技術(shù)，1982

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