無功補償技術(shù)的發(fā)展.doc

Sieyuan思源清能 努力做到比用戶期待的更好 SVG動態(tài)補償與無功補償技術(shù)發(fā)展簡述概述：根據(jù) 供 配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范GB50052-9 5規(guī)定:第5.0.4條無功補償容量宜按無功功率曲線或無功補償計算的方法確定。第5.0.10條接在負載控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)超過負載勵磁電流的0. 9倍，其饋電線和過電流保護裝置的整定值，應(yīng)按負載一電容器組的電流確定。按照上述分析及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，無功補償?shù)陌l(fā)展是一個必然的趨勢，同時電力電子的發(fā)展應(yīng)用也促進了無功補償和諧波治理設(shè)備的發(fā)展。第一篇 無功補償?shù)陌l(fā)展歷程 無功功率補償裝置在供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素?zé)o功。無功補償經(jīng)過20多年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。目前的技術(shù)按照無功補償發(fā)展主要分成三個階段：第一代無功補償設(shè)備：通過調(diào)節(jié)電容補償：1、固定補償。電容器、電抗器和隔離開關(guān)組成；2、分組投切。利用真空開關(guān)分組自動投切的補償裝置；第二代無功補償設(shè)備： 1 通過調(diào)壓調(diào)容（VCQV/TSC）的方式進行無功補償。根據(jù)Q=2fCU2改變電容器端電壓來調(diào)節(jié)無功輸出，實現(xiàn)自動補償2 通過調(diào)節(jié)電感（MCR/TCR）抵消容性無功的方式（SVC）進行無功補償. 根據(jù)感性無功來抵消容性無功的方式滿足系統(tǒng)無功需求,實質(zhì)上就是一個過補再吸收的過程。第三代無功補償設(shè)備： 動態(tài)無功補償兼諧波治理裝置： SVG動態(tài)無功補償兼諧波治理設(shè)備，通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的幅值和相位，迅速吸收和發(fā)出感性和容性無功。第二篇、幾種補償技術(shù)的介紹概述：無功補償按無功補償?shù)陌l(fā)展可分三個階段的技術(shù) 1、 調(diào)節(jié)電容組數(shù)補償分組自動投切。2、 第二代無功補償設(shè)備大體分兩類。2.1 調(diào)壓調(diào)容式補償方式：根據(jù)Q=2fCU2改變電容器端電壓來調(diào)節(jié)無功輸出，實現(xiàn)自動補償。2.2 通過調(diào)節(jié)電感（MCR/TCR）抵消容性無功的方式（SVC）進行無功補償. 根據(jù)感性無功來抵消容性無功的方式滿足系統(tǒng)無功需求,實質(zhì)上就是一個過補再吸收的過程。3 、 動態(tài)無功補償裝置：SVG動態(tài)無功補償兼諧波治理設(shè)備等。一、 調(diào)節(jié)電容的無功補償方式： 傳統(tǒng)的固定補償由電容器、電抗器和隔離開關(guān)組成，有些甚至電抗器也不配，因無功功率是不斷根據(jù)負載情況在不斷的變化，因此固定補償技術(shù)也時刻處于過補或者欠補得狀態(tài)。同時，因為FC固定補償支路是固定的電容，安裝后無法調(diào)節(jié)，投運后，實際上時相當(dāng)于一個負載時刻在消耗電能，同時，電容對系統(tǒng)的諧波也會放大，F(xiàn)C固定補償為70年代最普遍的無功補償方式，隨著電力電子的應(yīng)用，以及電力部門的考核要求，固定補償不能滿足系統(tǒng)無功的變化，同時因為系統(tǒng)諧波，F(xiàn)C補償對諧波放大形成極大的隱患，該技術(shù)目前慢慢被淘汰。（如示意圖1-1所示） 圖1-11.12 電容組投切補償FC補償（TSC）利用真空開關(guān)(串聯(lián)晶閘管)分組自動投切的補償裝置，即對將電容分成個組，對電容進行分組投切，已便達到跟蹤系統(tǒng)變化。但通過接觸器或斷路器投切反應(yīng)速度慢，無法滿足系統(tǒng)無功變化的需求。 圖1-21.121、原理：利用對系統(tǒng)無功功率的取樣，控制開關(guān)分組投切電容器，其調(diào)節(jié)方式是離散式的，容易過補和欠補。同時分成各個支路仍無法完成濾除各次諧波的作用，電容對諧波同時也有放大作用。1.122、技術(shù)特點：1.122.1： 開關(guān)投切時產(chǎn)生的涌流約在10倍以上，威脅設(shè)備的安全。1.122.2： 為離散式調(diào)節(jié)，容易產(chǎn)生過補和欠補，同時引起電壓波動。1.122.3: 需要對濾波支路進行自動投切，雖然能調(diào)節(jié)無功功率的補償容量，但必然影響濾波效果。1.122.4: 響應(yīng)時間為3S左右,難以跟蹤負載變化，無法達到補償效果。 無功補償響應(yīng)速度較慢，在投切過程中會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短，補償投切方式為：循環(huán)投切、編碼投切。這種策略沒有考慮電壓的平衡關(guān)系與區(qū)域的無功優(yōu)化。隨著社會的發(fā)展，負載類型越來越復(fù)雜，電網(wǎng)對無功要求也越來越高，因此單純的FC補償已經(jīng)不能滿足要求，該種FC補償技術(shù)能不能適應(yīng)負載變化。二、 調(diào)壓調(diào)容式補償方式：根據(jù)Q=2fCU2改變電容器端電壓來調(diào)節(jié)無功輸出，實現(xiàn)自動補償。（VCQV 或者 TSC 補償方式）技術(shù)特點：離散型分級無功補償裝置，無法實現(xiàn)連續(xù)補償。無法實現(xiàn)濾波，甚至可能引起諧振的危險。變壓器檢修規(guī)程要求分接開關(guān)每隔一二年需要換油和吊芯檢查。維護量比較大的。調(diào)壓技術(shù)無功補償?shù)募夹g(shù)特點： a、調(diào)壓技術(shù)為分級調(diào)節(jié)，容易造成過補、欠補。b、調(diào)壓調(diào)容方式為機械調(diào)節(jié)，動作時間慢，無法跟蹤負載變化，補償效果差。c、未配置抑制諧波用的電抗器，將造成諧波放大甚至諧振，威脅系統(tǒng)安全。d、調(diào)壓式電容器維護困難。由于若調(diào)壓式電容內(nèi)部原件損壞，現(xiàn)場不具備更換條件，而返修時間長、工作量大、費用大。e、由于負載變化快，分接開關(guān)降頻繁動作，使用壽命短。三、 MCRTCR型SVC 動態(tài)無功補償設(shè)備。 其實質(zhì)原理是將系統(tǒng)無功過補償，然后通過TCR或者MCR 電抗器來吸收多余的無功。其自身產(chǎn)生諧波，以及通過晶閘管控制，極其不穩(wěn)定。TCR原理：通過對可控硅導(dǎo)通時間進行控制，電流基波分量隨控制角的增大而減小，控制角可在090范圍內(nèi)變化。TCRMCR型SVC的技術(shù)特點：1) 晶閘管長期運行在高電壓和大電流工況下，容易被擊穿。 2) 晶閘管發(fā)熱量大，需要輔助冷卻設(shè)備。維護量大。3) 自身諧波含量大，污染電網(wǎng)。TCR自身產(chǎn)生諧波，必須配備濾波器組濾除自身諧波才能工作；若需要同時濾除背景諧波，還需要增加濾波器容量4) 占地面積很大。5) 響應(yīng)時間為40ms左右。四、 第三代無功補償設(shè)備：SVG動態(tài)無功補償設(shè)備 SVG型動態(tài)無功補償與諧波治理裝置是目前最先進的動態(tài)無功補償技術(shù)。具備補償性能強、諧波特性好、運行安全性可靠性高、占地面積小、損耗小噪音低、可靠性高維護量小等特點。（1）補償性能強：動態(tài)快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，最大限度滿足功率因數(shù)補償要求，任意時刻的功率因數(shù)按近1.0，設(shè)備投資效益高。（2）諧波特性好：SVG不產(chǎn)生諧波電流，而且能有源濾除礦井提升機等產(chǎn)生的各次諧波電流，很好的滿足了水泥行業(yè)無功補償與諧波治理的綜合需求。（3）運行安全性可靠性高：SVG是可控電流源，不會產(chǎn)生過電流、不會產(chǎn)生諧波電壓放大，尤其適合變電站等對安全性要求高的用戶使用。（4）占地面積?。河捎谧陨頉]有諧波，不需要濾波器組，占地面積大大減小。（5）運行損耗低，效率高，噪音低。（6）可靠性高，維護量?。簼M足IGBT功率模塊N-1運行方式，一個模塊故障可旁路繼續(xù)運行，可靠性大大提高。模塊化設(shè)計，安裝、調(diào)試工作量小，基本免維護。 圖1-3：輸出電流及其頻譜，SVG輸出電流畸變率1.9%SVG成套裝置基于鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，通過連接電抗器接入系統(tǒng)，提供連續(xù)快速可調(diào)的感性和容性無功，裝置的調(diào)節(jié)范圍無級動態(tài)補償，完全能滿足電網(wǎng)無功補償及諧波治理的要求；同時還可根據(jù)具體實際工況與FC部分配合使用，配置靈活，效果明顯，是目前最先進的補償技術(shù)之一。2、補償技術(shù)的比較2.1、可靠性對比： SVG動態(tài)補償采用全模塊設(shè)計，滿足IGBT功率模塊N-1運行方式，一個模塊故障可旁路繼續(xù)運行，可靠性高。模塊化設(shè)計，安裝、調(diào)試工作量小，基本免維護。通過控制控制柜進行自動控制，因此可實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，并且從最小容量到最大容量的過渡時間很短，因此可以真正實現(xiàn)柔性補償。 投運后免維護，無須專人職守。 采用傳統(tǒng)的電容投切或者調(diào)節(jié)電壓及SVC無功補償，電容對系統(tǒng)諧波放大，系統(tǒng)存在具巨大隱患。需要定期的檢查電容，并按時間更換，對電力系統(tǒng)有極大隱患。電容有經(jīng)常漏油，鼓肚等現(xiàn)象，必須停止運行，切除支路，還時刻需專人值守，對電容進行投切。2.2、經(jīng)濟性SVG采用低電壓可控硅控制，正常運行時無需承受高電壓、大電流、采用自然冷卻即可，投運后可實現(xiàn)免維護。輸出電流小、開關(guān)頻率低，運行損耗低，約為0.5%0.8%。為動態(tài)無功補償經(jīng)濟效益最高。 SVG為目前最先進的第三代補償技術(shù)，補償效果最好，避免了重復(fù)投資。 FC補償2.3、安全性（保護類型）：SVG是可控電流源，不會產(chǎn)生過電流、不會產(chǎn)生諧波電壓放大，尤其適合變電站等對安全性要求高的用戶使用。SVG裝置采用了綜合保護策略，以提高裝置可靠性。保護策略包括器件級保護、裝置級保護和系統(tǒng)級保護三級，其中：器件級保護的動作時限不超過200s，在發(fā)現(xiàn)器件過流、過壓 或驅(qū)動信號異常時，能夠迅速實施保護；裝置級保護的動作時限為500-1000s，當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝置有過載、直流電壓過高等異常工況時，便實施保護；系統(tǒng)級保護的動作時限為5-2000ms，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)失壓、系統(tǒng)電壓過高、冷卻系統(tǒng)故障等異常工況時，便實施保護。除了分級的保護策略外，控制單元為保護單元的后備保護，監(jiān)測單元為控制單元的后備保護。這樣，分級分層的綜合保護策略大大提高了裝置的可靠性。SVG保護類型還包括：母線過壓、母線欠壓、直流過壓、過流、IGBT元件損壞檢測保護、控制系統(tǒng)電源異常、丟同步電源、超溫、保護輸入接口、保護輸出接口等保護功能。傳統(tǒng)無功補償只有普通的器件保護，目前國內(nèi)出現(xiàn)無線補償引起的電氣事故大部分是因FC電容對諧波放大，電容質(zhì)量問題引起巨大隱患。2.4反應(yīng)速度快SVG的響應(yīng)速度快，可以實時跟蹤沖擊型負荷的波動，進行快速跟蹤補償。如下圖所示，當(dāng)SVG裝置投入以后，所有的負荷無功都由SVG裝置提供，系統(tǒng)提供的無功為跟蹤系統(tǒng)無功變化，響應(yīng)速度為0.5us.完全達到快速補償波動負荷的目的。 圖1-3 2.5擴容性SVG本體（含啟動柜、功率柜、控制柜）戶內(nèi)安裝，通過模塊化設(shè)計，實際擴容只需要增加功率柜即可，可根據(jù)實際工況的不通，配置相同的功率柜，在投運的后，也可根據(jù)實際的系統(tǒng)無功變化，擴充補償無功容量。2.6可靠性 SVG是可控電流源，不會產(chǎn)生過電流、不會產(chǎn)生諧波電壓放大，尤其適合煤礦等對安全性要求高的用戶使用。滿足IGBT功率模塊N-1運行方式，一個模塊故障可旁路繼續(xù)運行，可靠性大大提高。模塊化設(shè)計，安裝、調(diào)試工作量小，基本免維護。傳統(tǒng)電容補償需要定期的檢查電容、變壓器，并按時間更換，對電力系統(tǒng)有極大隱患。電容有經(jīng)常漏油，鼓肚等現(xiàn)象，必須停止運行，切除支路，還時刻需專人值守，對電容進行投切。第四篇、結(jié)論(1) 進行動態(tài)無功補償及諧波治理設(shè)備，經(jīng)前后測試對比反映了補償后的效果顯著，達到即無功補償又諧波治理，針對于補償性能SVG各個方面都遠遠超越了其它補償方式。 (2) 調(diào)壓補償為不能跟蹤系統(tǒng)變化，一般平均功率因數(shù)大概在0.7-0.85左右，時刻處于過補和欠補狀態(tài)，對系統(tǒng)存時刻存在的極大的隱患，根本無法達到理想的補償效果，同時對系統(tǒng)的諧波放大作用，目前電力部