無功補償裝置在電力系統(tǒng)中*,它的主要作用是提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù),從而提高輸電設備和變電設備的利用率,提高用電效率,降低用電成本;另外,在長距離輸電線路中,在合適的地點加裝動態(tài)無功補償裝置,還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提高輸電能力,穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓。
無功補償設備經(jīng)歷幾個發(fā)展階段。早期的典型代表為同步調相機,體積龐大造價高,已漸漸淘汰;第二種是并聯(lián)電容器的方法,主要的優(yōu)點是成本低,易于安裝使用,但是需要根據(jù)系統(tǒng)可能存在諧波等電能質量問題,純電容已經(jīng)趨于少見。
目前串聯(lián)電抗器的電容器補償裝置是提高功率因數(shù)廣泛的一種方式,當用戶系統(tǒng)負荷為連續(xù)性生產(chǎn),負載變化率不高時,一般建議采用fc的固定補償方式,也可以采用由接觸器控制的分步投切的自動補償方式,這個對于中壓、低壓供配電系統(tǒng)都適用。
當負荷變化較快,或者為沖擊性負荷時,需要快速補償,例如橡膠行業(yè)的密煉機,系統(tǒng)對于無功功率的需求同樣變化快速。但是由于一般的無功自動補償系統(tǒng)所采用的電容器,從運行狀態(tài)斷開,退出電網(wǎng)后,在電容器的兩極之間存有殘壓,殘壓的大小無法預知,需要1-3分鐘的放電時間,所以再次投入電網(wǎng)的間隔至少要等到殘壓通過電容器內(nèi)部的放電電阻消耗至50v以下時才能進行第二次投入使用,所以無法做到快速響應;另外,由于系統(tǒng)存在大量諧波,由電容器串聯(lián)電抗器組成的lc調諧式濾波補償裝置需要大容量的投入來保證電容器的安全,但是同時也有可能造成系統(tǒng)過度補償,令系統(tǒng)呈容性。
svc
于是,靜止無功補償裝置:(svc---static var compensator) 誕生了,其典型的svc代表是由tcr (thyristor controlled reactor) + fc(fixed capacitor)組成的,即晶閘管控制電抗器+固定電容器組(通常需要串聯(lián)一定比例的電抗器),靜止無功補償裝置的重要性是它能夠通過調節(jié)tcr中晶閘管的觸發(fā)延遲角來連續(xù)調節(jié)補償裝置的無功功率;svc這種補償形式目前主要在中高壓配電系統(tǒng)中應用,對于負載容量大、諧波問題嚴重、沖擊性負荷、負載變化率高的場合特別適用,例如鋼廠、橡膠、有色冶金、金屬加工、高鐵等。
svg
目前隨著電力電子技術的發(fā)展,特別是igbt器件的出現(xiàn)和控制技術的提高,另外一種有別于傳統(tǒng)的以電容器、電抗器為基礎元器件的無功補償設備應運而生,就是svg (static var generator) ,即靜止無功發(fā)生器,它通過pwm脈寬調制控制技術,使其發(fā)出無功功率,呈容性;或者吸收無功功率,呈感性。svg由于沒有大量使用電容器,而是采用橋式變流電路多電平技術或pwm技術來進行處理,所以不需要使用時對系統(tǒng)中的阻抗進行計算。同時,相較于svc,svg還有體積小、能更加快速的連續(xù)動態(tài)平滑的調節(jié)無功功率的優(yōu)點,同時可容性 雙向補償。
svg與svc無功補償裝置的對比分析
1
工作原理不同
(1)svc可以被看成是一個動態(tài)的無功源。根據(jù)接入電網(wǎng)的需求,它可以向電網(wǎng)提供容性無功,也可以吸收電網(wǎng)多余的感性無功,把電容器組通常是以濾波器組接入電網(wǎng),就可以向電網(wǎng)提供無功,當電網(wǎng)并不需要太多的無功時,這些多余的容性無功,就由一個并聯(lián)的電抗器來吸收。電抗器電流是由一個可控硅閥組控制,借助于對可控硅觸發(fā)相角的調整,就可以改變流過電抗器的電流有效值,從而保證svc在電網(wǎng)接入點的無功量正好能將該點電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi),起到電網(wǎng)無功補償?shù)淖饔谩?br>(2)svg以大功率電壓型逆變器為核心,通過調節(jié)逆變器輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制交流側電流的幅值和相位,迅速吸收或發(fā)出所需的無功功率,實現(xiàn)快速動態(tài)調節(jié)無功功率的目的。
2
響應速度快
一般svc的響應速度是20—40ms;而svg的響應速度不大于5ms,能更好的抑制電壓波動和閃變,在相同的補償容量下,svg對電壓波動和閃變的補償效果 好。
3
低電壓特性好
svg具有電流源的特性,輸出容量受母線電壓的影響很小 。這一優(yōu)點使svg用于電壓控制時具有很大的優(yōu)勢,系統(tǒng)電壓越低,越需要動態(tài)無功調節(jié)電壓,svg的低電壓特性好,輸出的無功電流與系統(tǒng)電壓沒有關系,可以看作是一個可控恒定的電流源,系統(tǒng)電壓降低時,仍能輸出額定無功電流,具備很強的過載能力;而svc是阻抗型特性,輸出容量受母線電壓的影響很大,系統(tǒng)電壓越低,輸出無功電流的能力成比例降低,不具備過載能力。因此svg的無功補償能力與系統(tǒng)電壓無關,而svc的無功補償能力隨系統(tǒng)電壓的下降線性降低。
4
運行安全性能提高
svc以可控硅調節(jié)電抗加多組電容作為無功補償?shù)闹饕侄?,極容易發(fā)生諧振放大現(xiàn)象,導致安全事故,系統(tǒng)電壓波動大時,補償效果受很大影響,運行損耗大;svg配套電容器不需要設置濾波器組,不存在諧振放大現(xiàn)象,svg是有源型補償裝置,是采用可關斷器件igbt構成的電流源裝置,從而避免了諧振現(xiàn)象,運行安全性能大大提高。
5
諧波特性
svc利用可控硅控制電抗器的等效基波阻抗,不僅受到系統(tǒng)諧波影響大,而且自身會產(chǎn)生大量的諧波,必須配套采用濾波器組,濾除svc自身產(chǎn)生的諧波含量;svg采用三電平單相橋技術,單相可輸出5電平電壓波形,采用載波移相的脈沖調制方法,不僅受系統(tǒng)諧波影響小,還可以抑制系統(tǒng)的諧波。與svc相比,svg采用多重化、多電平或脈寬調節(jié)技術等措施后,大大減少了補償電流中的諧波含量。
6
占地面積小
在相同的補償容量下,svg的占地面積比svc的減少1/2到2/3。由于svg使用的電抗器和電容器比svc少,因此大大縮小了裝置的體積和占地面積;svc中的電抗器不僅本身體積比較大,而且考慮到相互間的安裝間隔,整體占地面積較大。
綜上所述,svg無功補償裝置具有響應速度快、諧波含量少、無功調節(jié)能力強等優(yōu)點,可以大大改善電網(wǎng)的電能質量,目前已成為無功補償技術的發(fā)展方向。
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