1.無功補償裝置的發(fā)展史

 

    電力系統(tǒng)中，常見的無功控制方法有同步發(fā)電機、同步電動機、同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器和靜止無功補償裝置等，這里主要討論靜止無功補償裝置。

 

    靜止無功補償技術經(jīng)歷了3代：

 

    第1代為機械式投切的無源補償裝置，屬于慢速無功補償裝置，在電力系統(tǒng)中應用較早，目前也仍在應用;

 

    第2代為晶閘管投切的靜止無功補償器(SVC)，屬無源、快速動態(tài)無功補償裝置，出現(xiàn)于20世紀70年代，國外應用普遍，我國目前有一定應用，主要用于配電系統(tǒng)中，輸電網(wǎng)中應用很少;

 

    第3代為基于電壓源換流器的靜止同步補償器(Static synchronous Compensator ，STATCOM) ，亦稱ASVG，屬快速的動態(tài)無功補償裝置，國外從20世紀80年代開始研究，90年代末得到較廣泛的應用。

 

    早期的無功補償裝置主要是無源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或者電抗器。這些補償措施改變了網(wǎng)絡參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗。無源裝置使用機械開關，它不具備快速性、反復性、連續(xù)性的特點，因而不能實現(xiàn)短時糾正電壓升高或降落的功能。

 

    20世紀70年代以來，以晶閘管控制的電抗器(TCR)、晶閘管投切的電容器(TSC)以及二者的混合裝置( TCR+TSC)等主要形式組成的靜止無功補償器(SVC)得到快速發(fā)展。SVC可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無功元件，它依靠電力電子器件開關來實現(xiàn)無功調(diào)節(jié)。SVC作為系統(tǒng)補償時可以連續(xù)調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進行無功功率交換，同時還具有較快的響應速度，它能夠維持端電壓恒定。

 

    SVC雖然能對系統(tǒng)無功進行有效的補償，但是由于換流元件關斷不可控，因而容易產(chǎn)生較大的諧波電流， 而且其對電網(wǎng)電壓波動的調(diào)節(jié)能力不夠理想。隨著大功率全控型電力電子器件GTO、IGBT及IGCT的出現(xiàn)， 特別是相控技術、脈寬調(diào)制技術(PWM)、四象限變流技術的提出使得電力電子逆變技術得到快速發(fā)展， 以此為基礎的無功補償技術也得以迅速發(fā)展。

 

    2. 國內(nèi)外電網(wǎng)動態(tài)無功補償?shù)默F(xiàn)狀

 

    我國電網(wǎng)中目前使用為廣泛的補償裝置是機械投切的并聯(lián)電容器組。為滿足調(diào)壓要求，在低壓供電網(wǎng)絡中裝設了大量的并聯(lián)電容器組，在中壓配電網(wǎng)絡中裝設了少量的并聯(lián)電容器組。20世紀70年代初，武漢鋼鐵公司在1.7 cm軋機工程中進口了由比利時直流勵磁飽和電抗器與日本電容器組成的靜止補償裝置后，國內(nèi)才對動態(tài)無功補償問題引起了重視。自20世紀80年代以來，我國對晶閘管控制的SVC投入了大量研發(fā)力 量，目前已有了一定的技術基礎，但高壓大容量產(chǎn)品仍主要依靠進口。

 

    目前，我國輸電系統(tǒng)中一共有5地6套大容量SVC投入使用，它們分別被裝設在廣東江門、湖南云田、湖北鳳凰山(2套)、及遼寧沙嶺的500 kV變電站中。此類SVC多為進口，其中有3套是ABB公司的產(chǎn)品。高電壓等級下SVC面臨的為嚴重的問題是電容器爆炸，如廣東江門500 kV變電站中SVC運行5年后并聯(lián)電容器爆炸，湖南云田500 kV變電站中SVC自1988年以來發(fā)生了4次電容器組爆炸事故。

 

    在380 V~10 kV配電系統(tǒng)中，近年來主要采用無平滑調(diào)節(jié)功能的TSC實現(xiàn)分級無功補償。

 

    SVC在大型工礦企業(yè)中的應用較為廣泛，在鋼鐵企業(yè)中的應用尤為突出，武漢鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司、 寶山鋼鐵公司、濟南鋼鐵公司、張家港沙鋼鐵公司、天津鋼管公司等均裝有該補償裝置。如濟南鋼鐵公司中厚板廠二期工程在35 kV母線上就安裝了由西門子公司設計制造的一套容量為25 Mvar的 SVC，2001年底 帶負荷一次投運成功。

 

    從國際范圍來講，目前SVC已得到普遍的應用。SVC出現(xiàn)早，應用時間長，僅ABB公司，其目前在全世界投運的SVC就已超過370套，ABB與西門子兩個公司已安裝的SVC總?cè)萘考s為9萬Mvar(包括已退役裝置)。據(jù)ABB公司2001的統(tǒng)計，目前全世界SVC的投運容量超過32 000 Mvar。

 

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