無功補(bǔ)償技術(shù)

1、低壓配電系統(tǒng)無功發(fā)生現(xiàn)狀一、低壓配電系統(tǒng)的無功功率闡述及其危害    隨著工業(yè)水平的不斷提高，用戶對電能質(zhì)量的要求也越來越高。而系統(tǒng)中無功負(fù)荷，特別是沖擊性無功負(fù)荷的存在，不僅增加了各種損耗，而且嚴(yán)重影響了用戶端的電能質(zhì)量。因此，實(shí)時快速的無功功率補(bǔ)償對優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布和提高電能質(zhì)量具有十分重要的意義。    電力系統(tǒng)中的無功功率主要由兩部分組成:一部分主要是由電流與電壓的相位差而導(dǎo)致的基波無功功率，另一部分主要是由電流的非正弦畸變而導(dǎo)致的諧波無功功率。近年來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大量的非線性電力負(fù)載投入使用，導(dǎo)致了諧波無功功

2、率呈現(xiàn)日益嚴(yán)重的趨勢。電壓與電流的相位差與電流的非正弦畸變均會導(dǎo)致電力系統(tǒng)功率因數(shù)的下降與電能質(zhì)量的惡化。因此，電力系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償問題應(yīng)該包括基波無功功率與諧波無功功率的同時補(bǔ)償，只有實(shí)現(xiàn)了兩者的同時補(bǔ)償，才能真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運(yùn)行，保證提供高質(zhì)高效的電力能源。    電力系統(tǒng)中無功功率的危害主要表現(xiàn)在三個方面：一是在輸電容量不變的前提下，使輸電線路損耗增加，從而降低了線路的電力傳輸效率與電氣使用壽命；二是影響系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，使節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值，甚至造成系統(tǒng)電壓崩潰；三是諧波無功功率的存在對電能質(zhì)量的影響日益嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為附加的諧波損耗、產(chǎn)生振動

3、和噪聲、絕緣老化、系統(tǒng)電壓畸變、電氣設(shè)備壽命縮短、導(dǎo)致系統(tǒng)諧振等，諧波還會引起繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，對微機(jī)及通訊系統(tǒng)造成干擾。由此可見，電力系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償裝置隨著電力電子器件發(fā)展要求實(shí)現(xiàn)快速及可靠的補(bǔ)償，SVG（Static Var Generator）產(chǎn)品在隨著IGBT等大功率全控型器件的出現(xiàn)而應(yīng)時研制并實(shí)用化。首臺SVG1991年面世以來,其應(yīng)用大大提高了電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。    電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置從最早的電容器開始發(fā)展到今天，歷經(jīng)了電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）、靜止同步補(bǔ)償器(SVG)等幾個不同的階段。其中，

4、并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用的最多的一種專用的無功功率補(bǔ)償設(shè)備。它的特點(diǎn)是價格便宜，易于安裝維護(hù)。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率方式有三種：集中補(bǔ)償，分組補(bǔ)償及就地補(bǔ)償。    靜止同步補(bǔ)償器(SVG)是目前最先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，已進(jìn)入實(shí)用化階段，隨著IGBT等器件、高速CPU器件及光纖技術(shù)的發(fā)展，SVG系統(tǒng)的價格不斷下降并漸漸被行業(yè)接受，以成為靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向,SVG系統(tǒng)將是今后柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分。 電流型SVG的技術(shù)實(shí)現(xiàn)二、SVG實(shí)現(xiàn)原理   新一代的SVG無功補(bǔ)償系統(tǒng)核心電路采用高可靠的自換相的電壓型橋式電路實(shí)現(xiàn)。&

5、#160;  圖示1：電壓型橋式電路基本原理     原理描述：    電壓型橋式電路的單位效率表較高，其直流側(cè)以電容作為儲能元件，將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷?，通過串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)；其中串聯(lián)電抗器起到阻尼過電流、濾除紋波、平滑波形的作用。    其基本工作原理就是通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，從而吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康?；其工作時，通過IGBT等全控型器件將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，類似電壓型逆

6、變器，將將交流側(cè)輸出并入電網(wǎng)；在提高功率因數(shù)時，控制系統(tǒng)采取開環(huán)控制，對負(fù)荷無功功率進(jìn)行完全補(bǔ)償；要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)時，SVG系統(tǒng)采用系統(tǒng)電壓的外閉環(huán)反饋控制方式，設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。    圖示2：SVG系統(tǒng)等效接線圖SVG技術(shù)優(yōu)勢本裝置將電壓源型逆變器，經(jīng)過電抗器或者變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過調(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，迅速吸收或者發(fā)出所需要的無功功率，實(shí)現(xiàn)了快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的；作為有源型補(bǔ)償裝置，不僅可以跟蹤補(bǔ)償沖擊性負(fù)載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。 SVG技術(shù)特點(diǎn) 1）具備抗諧波功能，更保證系統(tǒng)安全 

7、;   SVG是可控電源，只補(bǔ)償基波電流，系統(tǒng)諧波電流不會造成補(bǔ)償設(shè)備損壞，使其壽命長，維護(hù)工作量小。同時，避免串聯(lián)的電抗器組可能造成的諧波放大，防止系統(tǒng)其他設(shè)備及補(bǔ)償設(shè)備因諧波過電壓而損壞。2）動態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償，更高速的響應(yīng)速度使對電壓閃變的補(bǔ)償效果更好    SVG可跟隨負(fù)荷變化，動態(tài)連續(xù)補(bǔ)償功率因數(shù)，可以發(fā)出無功，也可以吸收無功，徹底杜絕了無功倒送的情況。 3）能夠解決負(fù)荷的不平衡問題4）不僅不產(chǎn)生諧波，而且能在補(bǔ)償無功功率的同時動態(tài)補(bǔ)償諧波。SVG裝置組成SVG裝置通常由主控制裝置（單元）、VSC(IGBT)逆變器、直流電容器

8、、連接電抗器、斷路器、接觸器、中間繼電器等輔助裝置組成。    主控制裝置（單元）示意圖如下：SVG結(jié)構(gòu)示意圖如下： SVG現(xiàn)場示意圖如下：SVG運(yùn)行模式SVG技術(shù)先進(jìn)性 SVG適用范圍及選型參考SVG應(yīng)用對象辦公大樓及商業(yè)大廈、計算中心、住宅大廈  *中央空調(diào)（夏季占這類用戶總用電量50%以上），冷凍泵、冷卻泵、風(fēng)機(jī)的調(diào)速  *供暖類負(fù)載，指采用變頻傳動的鍋爐等  *各類計算機(jī)類電源、UPS等的諧波集中補(bǔ)償  *各類計算機(jī)類電源、UPS、變頻空調(diào)、冰箱等的諧波集中補(bǔ)償各類特種電源  *UPS，尤其是通訊

9、、電信、計算中心、工礦企業(yè)集控中心用的大容量UPS  *高校與科研院所的各類實(shí)驗(yàn)電源  *國防、機(jī)場的400Hz飛機(jī)拖動電源輕工業(yè)（紡織行業(yè)）  *包括紡織、粘膠纖維等行業(yè)的紡綻電機(jī)（變頻傳動控制的電機(jī)）  *各類紡絲機(jī)、拉絲機(jī)負(fù)載精密制造，機(jī)械制造，卷煙、造幣、玻璃、陶瓷、制藥、飲料、食品、包裝等生產(chǎn)線  *各類連續(xù)型生產(chǎn)線（傳動與伺服系統(tǒng)、控制電源）  *離心機(jī)、攪拌機(jī)、注塑機(jī)、印染機(jī)、各類卷煙機(jī)、造幣機(jī)  *磨床，各類車床，經(jīng)常采用200Hz到800Hz的電源驅(qū)動控制電機(jī)  *制衣與洗衣廠的洗熨設(shè)備 

10、; *各種采用電機(jī)給料型生產(chǎn)線市政  *SCR或IGBT調(diào)壓型   照明節(jié)電系統(tǒng)  *劇院等的調(diào)光系統(tǒng)  *大型電梯與升降機(jī)  *音樂噴泉  *景區(qū)的纜車、滑雪車、   大型游藝設(shè)備等電氣化鐵道及城市軌道交通行業(yè)  *380V系統(tǒng)諧波補(bǔ)償，尤其是軌道交通  *電氣化鐵道10kV系統(tǒng)諧波及無功動態(tài)補(bǔ)償，尤其是采用電纜供電的場合  *鐵路貨運(yùn)站的大型起重機(jī)類負(fù)載石化和天然氣行業(yè) 應(yīng)用場合很多  *采用中低壓變頻與調(diào)速的鉆機(jī)、潛油泵、風(fēng)機(jī)等  *煉制環(huán)節(jié)的蒸餾、

11、裂解、催化、加氫、糠醛等生產(chǎn)線（變頻器與UPS），聚酯切片類負(fù)載  *焦化翻斗車，等電力行業(yè)  *發(fā)電廠采用變頻與調(diào)速的風(fēng)機(jī)、水泵；各類直流電源，UPS等的諧波補(bǔ)償  *中低壓系統(tǒng)對多個用戶的諧波進(jìn)行集中治理與補(bǔ)償，應(yīng)用在變電站，包括住宅或商業(yè)小區(qū)的變電站。在諧波用戶較多，都不愿意進(jìn)行諧波補(bǔ)償，而諧波造成的損耗較大，電力系統(tǒng)有節(jié)能降耗壓力。  *中低壓系統(tǒng)對無功進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，應(yīng)用在變電站鋼鐵行業(yè) 應(yīng)用場合很多  *各類交直交型、交交變頻的軋機(jī)，各類輥類負(fù)載  *電弧爐，轉(zhuǎn)爐、氧槍的升降系統(tǒng)，電焊機(jī)，壓焊機(jī)  *鋼水運(yùn)送車&#

12、160; *冶金行業(yè)（尤其是有色冶金行業(yè)）各類整流、電解設(shè)備水處理行業(yè)  *污水處理設(shè)備，臭氧發(fā)生設(shè)備（日本早期的APF很多用于本場合）水泥行業(yè)  *煅燒用的大型轉(zhuǎn)窯，變頻驅(qū)動的風(fēng)機(jī)汽車工業(yè)  *電焊機(jī)，各類操作與控制電源煙草業(yè)  *各類卷煙機(jī)造紙業(yè)  *造紙機(jī)等礦山  *電鏟類負(fù)載  *礦井提升機(jī)  *各類粉碎機(jī)、破碎機(jī)、球磨機(jī)電壓型SVG的技術(shù)實(shí)現(xiàn)本裝置采用高速DSP硬件系統(tǒng)，結(jié)合大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA作為主控制器的硬件核心，通過軟件的采樣，判據(jù)，邏輯執(zhí)行等并行執(zhí)行功能，快速的控制IGBT元件的開通和關(guān)斷

13、，從而產(chǎn)生補(bǔ)償電流，輸出端使用平波電抗器，減少PWM變流器產(chǎn)生的高次諧波；系統(tǒng)采用直流側(cè)電壓閉環(huán)控制來穩(wěn)定直流側(cè)電壓值，補(bǔ)償能量損耗引起的直流側(cè)電壓的變化。    如圖1：SVG系統(tǒng)控制原理 SVG原理圖SVG技術(shù)特點(diǎn) 三電平變壓器并聯(lián)多重化方案 模塊化 冗余化 高可靠性 維護(hù)方便SVG單元可以互換，模塊化的SVG可單獨(dú)檢修，相互間無影響。 三電平PWM功率單元 輸出電壓諧波含量低 連接電抗器阻抗和體積更小 開關(guān)頻率低 功率密度高 功率單元串聯(lián)鏈?zhǔn)蕉嘀鼗桨?SVG技術(shù)優(yōu)勢    SVG是目前最為先進(jìn)的無功補(bǔ)償技術(shù)，基于電壓

14、源型變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無功能量的變換。從技術(shù)上講，SVG較傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置有如下優(yōu)勢： 響應(yīng)速度更快SVG響應(yīng)時間：5ms。傳統(tǒng)靜補(bǔ)裝置響應(yīng)時間： 10ms。SVG可在極短的時間之內(nèi)完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉(zhuǎn)換，這種無可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。 電壓閃變抑制能力更強(qiáng)SVC對電壓閃變的抑制最大可達(dá)2：1，SVG對電壓閃變的抑制可以達(dá)到5：1，甚至更高。SVC受到響應(yīng)速度的限制，其抑制電壓閃變的能力不會隨補(bǔ)償容量的增加而增加。而SVG由于響應(yīng)速度極快，增大裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。 運(yùn)行范圍更寬SVG能夠在額定感性到額定容性的范圍內(nèi)工作，所以比SVC的運(yùn)行范圍寬很多。更重要的是，在系統(tǒng)電壓變低時，S