各種無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展歷史及其比較省公開(kāi)課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)

各種無(wú)功賠償裝置

發(fā)展歷史及其比較北京思能達(dá)電力技術(shù)有限公司BeiJingSNTAElectricPowerTechniqueCO.,LTD編制：鄭元彬－3－41/34序言

近年來(lái)，因?yàn)殡娋W(wǎng)容量增加，對(duì)電網(wǎng)無(wú)功要求也與日增加。無(wú)功電源如同有功電源一樣，是確保電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺乏部分。在電力系統(tǒng)中，無(wú)功要保持平衡，不然，將會(huì)使系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成設(shè)備損壞，系統(tǒng)解列。另外，網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)和電壓降低，使電氣設(shè)備得不到充分利用，促使網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，損耗增加。所以，處理好網(wǎng)絡(luò)賠償問(wèn)題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能有著極為主要意義。伴隨能源日益緊缺，節(jié)能降耗日益引發(fā)人們關(guān)注。無(wú)功功率賠償作為一個(gè)投資少、收效快主要節(jié)能形式變得尤加主要。裝設(shè)無(wú)功賠償裝置后經(jīng)濟(jì)效益主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面:提升功率因數(shù)，防止罰款，降低工礦企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支，降低企業(yè)成本；降低電氣設(shè)備中電流，降低損耗，節(jié)約電能；可降低電力系統(tǒng)電壓損失，降低電壓波動(dòng)．改進(jìn)電能質(zhì)量；增加變壓器及電網(wǎng)利用率．節(jié)約電器設(shè)備投資．挖掘原有電氣設(shè)備潛力；降低設(shè)備發(fā)燒，降低設(shè)備損壞，提升了設(shè)備可靠性。2/34無(wú)功賠償裝置在50中多年發(fā)展歷史中經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從手動(dòng)到自動(dòng)發(fā)展過(guò)程。電力系統(tǒng)并聯(lián)賠償裝置能夠按照不一樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類.從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從單一無(wú)功控制到無(wú)功電壓綜合控制如按照并聯(lián)賠償裝置器件不一樣能夠分為機(jī)械投切阻抗型裝置和變壓型.假如按照并聯(lián)賠償裝置輸出功率性質(zhì)能夠分為有功功率與無(wú)功功率并聯(lián)賠償裝置，還能夠按照并聯(lián)賠償裝置響應(yīng)速度分為靜態(tài)型裝置、動(dòng)態(tài)型裝置。按照并聯(lián)賠償裝置安裝系統(tǒng)不一樣還能夠分為輸電系統(tǒng)并聯(lián)賠償裝置和配電系統(tǒng)并聯(lián)賠償裝置。還能夠按照并聯(lián)賠償裝置電壓等級(jí)分為低壓并聯(lián)賠償裝置、中壓并聯(lián)賠償裝置與高壓并聯(lián)賠償裝置?！ざ促r償對(duì)象不一樣無(wú)功賠償技術(shù)又可分為負(fù)荷賠償和系統(tǒng)賠償兩類。按照改變無(wú)功方式分為改變阻抗型和改變電壓型。無(wú)功賠償裝置發(fā)展過(guò)程3/34常見(jiàn)無(wú)功賠償方式固定容量電容器組(TBB)分組投切電容器組（TBBZ）靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（TSC-SVC）靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（TCR-SVC）靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（MCR-SVC）調(diào)壓調(diào)容賠償裝置（DWZT）調(diào)相機(jī)基于變流器并聯(lián)賠償裝置經(jīng)典代表是STATCOM裝置和配電系統(tǒng)APF裝置。4/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－靜態(tài)無(wú)功賠償固定容量電容器組(TBB)5/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－靜態(tài)無(wú)功賠償分組投切電容器組（TBBZ）6/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－動(dòng)態(tài)無(wú)功賠償靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（TSC-SVC）7/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－動(dòng)態(tài)無(wú)功賠償靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（TCR-SVC）8/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－動(dòng)態(tài)無(wú)功賠償靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（MCR-SVC）9/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－動(dòng)態(tài)無(wú)功賠償調(diào)壓調(diào)容賠償裝置（DWZT）10/34經(jīng)典無(wú)功賠償原理－動(dòng)態(tài)無(wú)功賠償基于變流器并聯(lián)賠償裝置經(jīng)典代表是STATCOM裝置和配電系統(tǒng)APF裝置11/34無(wú)功賠償裝置技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

12/3413/34風(fēng)電場(chǎng)特殊性（1）－電網(wǎng)平均負(fù)荷和風(fēng)電場(chǎng)綜合出力相關(guān)性較弱

因?yàn)轱L(fēng)能分布隨機(jī)性以及風(fēng)速不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)等原因，風(fēng)電出力改變也在相當(dāng)程度上不可預(yù)測(cè)和控制。在一些情況下，風(fēng)電出力改變與電網(wǎng)負(fù)荷改變相反，在一些農(nóng)灌負(fù)荷、升降溫負(fù)荷占相當(dāng)比重電網(wǎng)中這種情況較為普遍(見(jiàn)圖1)。這種情況下，風(fēng)電功率注入不但不能改變系統(tǒng)負(fù)荷特征，反而會(huì)使其惡化，使峰谷差增大，增大了電網(wǎng)調(diào)度難度。圖1某地域風(fēng)電場(chǎng)出力與負(fù)荷改變曲線

14/34風(fēng)電場(chǎng)特殊性（2）-風(fēng)電場(chǎng)往往處于電網(wǎng)末端

我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)有處于電網(wǎng)末端，電網(wǎng)電壓、頻率不夠穩(wěn)定，三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題也經(jīng)常出現(xiàn)，電網(wǎng)接納風(fēng)電能力已經(jīng)成為風(fēng)電發(fā)展瓶頸。

15/34風(fēng)電場(chǎng)特殊性（3）-風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟需要1－5分鐘才能全部開(kāi)啟風(fēng)電場(chǎng)普通占地面積較大，約方圓20－40平方公里，風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟是一個(gè)遲緩過(guò)程，無(wú)功波動(dòng)也是一個(gè)相對(duì)較慢過(guò)程，不過(guò)無(wú)功賠償裝置對(duì)應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在1分鐘內(nèi)很好，即可滿足風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功改變跟蹤需要還無(wú)須與主變檔位開(kāi)關(guān)調(diào)整速度放生沖突。風(fēng)電場(chǎng)還含有投資大，資金回收期長(zhǎng)，需要使用周期約等特點(diǎn)。16/34風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓影響（1）

－嚴(yán)重影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量以普通感應(yīng)電機(jī)作發(fā)電機(jī)定速風(fēng)電機(jī)組，其功率因數(shù)隨機(jī)組出力增加往往呈降低趨勢(shì)，如圖2所表示。對(duì)于裝機(jī)容量較多風(fēng)電場(chǎng)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成臨近節(jié)點(diǎn)電壓降低，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量。同時(shí)，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)電壓降低時(shí),異步發(fā)電機(jī)吸收無(wú)功功率會(huì)增加，而機(jī)端并聯(lián)電容器賠償無(wú)功出力反而降低，所以可能會(huì)造成局部電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。因?yàn)槎ㄋ亠L(fēng)電機(jī)組所并聯(lián)無(wú)功賠償裝置多是采取接觸器進(jìn)行投切，投切過(guò)程中所產(chǎn)生涌流及過(guò)電壓嚴(yán)重?fù)p壞了電容器壽命，電容器投運(yùn)率并不高。

圖2某定速風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)曲線17/34風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓影響（2）－造成電網(wǎng)電壓調(diào)整都很困難。變速風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)普通可在＋0.95～－0.95之間設(shè)定，但它功率因數(shù)為廠家設(shè)定(一旦設(shè)定，更改只能經(jīng)過(guò)外方廠家)。換言之,它喪失了對(duì)電壓調(diào)整能力，一旦電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變，以前設(shè)定功率因數(shù)就有可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓造成負(fù)面影響，尤其是當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量較大時(shí)，會(huì)造成一天內(nèi)電網(wǎng)電壓調(diào)整都很困難。變速風(fēng)電機(jī)組發(fā)出無(wú)功功率同時(shí)會(huì)降低有功功率輸出，這在一定程度上降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力，降低了經(jīng)濟(jì)效益。況且每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組獨(dú)自控制，不能有效降低無(wú)功時(shí)尚流動(dòng)和確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。18/34電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)要求為有效降低大型風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)所帶來(lái)負(fù)面影響，國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)要求（試行）》作出了明文要求：僅靠風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量不能滿足系統(tǒng)電壓調(diào)整需要，則需要考慮在風(fēng)電場(chǎng)加裝無(wú)功賠償裝置。還要求風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率應(yīng)該能夠在其容量范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，使風(fēng)電場(chǎng)變電站高壓側(cè)母線電壓正、負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超出額定電壓10％，普通應(yīng)控制在額定電壓-3％～7％。還要求功率因數(shù)應(yīng)控制-0.98∽+0.98之間，同時(shí)諧波不能超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這一要求會(huì)對(duì)風(fēng)電接入系統(tǒng)研究帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。為滿足風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行要求和電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率與電壓調(diào)整要求，風(fēng)電場(chǎng)裝設(shè)無(wú)功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)成為了必定選擇。

19/34風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功需求特點(diǎn)經(jīng)過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)特殊性、風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)影響及國(guó)家對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)研究發(fā)覺(jué)：風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功賠償既得能夠自動(dòng)跟蹤無(wú)功功率改變還得滿足響應(yīng)時(shí)間控制在1分鐘內(nèi)，含有沒(méi)有功賠償同時(shí)還需要具備系統(tǒng)電壓調(diào)整能力。還應(yīng)該具備投資少，易維護(hù)，壽命長(zhǎng)，損耗小等特點(diǎn)才能滿足風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功賠償需要。20/34主要賠償裝置損耗比較DWZT電壓無(wú)功自動(dòng)賠償裝置損耗計(jì)算以下：

其中查閱相關(guān)元件參數(shù)得知：1kva調(diào)壓器損耗為，240kvar電抗損耗為2％，60kvar電抗損耗為3％；電容器損耗角正切值安0.0008計(jì)算。年損耗為：21/34對(duì)于賠償容量為1kvar分組投切賠償裝置損耗計(jì)算以下：假設(shè)每組賠償容量為3000kvar,年損耗為：

依據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，與分組投切賠償裝置相比，DWZT電壓無(wú)功自動(dòng)賠償裝置每年運(yùn)行損耗略微增加。

22/34SVC總損耗估算以電容器總安裝容量14000kvar計(jì)損耗角正切值0.0005，運(yùn)行小時(shí)數(shù)以8760小時(shí)。濾波串聯(lián)電抗器總?cè)萘恳?50kvar，損耗為2％，運(yùn)行小時(shí)數(shù)以8760小時(shí)。

相控并聯(lián)電抗器及晶閘管閥組總?cè)萘恳?kvar計(jì)，損耗2％，相控電抗器運(yùn)行小時(shí)數(shù)8760/2小時(shí)可見(jiàn)svc損耗是分組投切和DWZT損耗6倍以上。23/34經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較總結(jié)靜止無(wú)功功率動(dòng)態(tài)賠償裝置（SVC），因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中產(chǎn)生諧波電流，即使設(shè)計(jì)濾波器后依然有相當(dāng)數(shù)量諧波流入電力系統(tǒng)，危害電能質(zhì)量，站地面積大，損耗大，噪聲大，造價(jià)高，不過(guò)響應(yīng)速度快，約30毫秒，滿足風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功波動(dòng)需求，比較適合于樞紐變電站使用。調(diào)壓調(diào)容賠償裝置（DWZT），工作過(guò)程中不產(chǎn)生涌流和過(guò)電壓，也不產(chǎn)生諧波電流，對(duì)應(yīng)速度約4秒，損耗小，占地小，維護(hù)簡(jiǎn)單，造價(jià)適中。分組投切電容器組(TBB－Z),因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中產(chǎn)生涌流和過(guò)電壓對(duì)電容器造成沖擊，危害設(shè)備安全運(yùn)行，同時(shí)在投切過(guò)程中有充放電問(wèn)題，所以切除之后再次投入需要5分鐘，滿足不了風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功波動(dòng)需求。價(jià)格較低。24/34風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功賠償容量得確定方法風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功賠償容量確實(shí)定需依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后造成得影響來(lái)確定。假如風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后對(duì)電網(wǎng)電壓影響較大，此時(shí)需依據(jù)電網(wǎng)年運(yùn)行特征、接入點(diǎn)短路容量、周圍發(fā)電廠特征及風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行特征經(jīng)系統(tǒng)仿真后確定。這種情況不但需要配置容性無(wú)功功率還需要配置感性無(wú)功功率。此時(shí)供電局對(duì)風(fēng)電場(chǎng)考評(píng)是接入系統(tǒng)側(cè)電壓而不應(yīng)該是功率因數(shù)。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量小，對(duì)電網(wǎng)影響小風(fēng)電場(chǎng)只需要考慮風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部線路充電無(wú)功功率、變壓器消耗無(wú)功功率和風(fēng)機(jī)無(wú)功功率即可。此時(shí)供電局對(duì)風(fēng)電場(chǎng)考評(píng)是接入系統(tǒng)側(cè)功率因數(shù)而不是電壓。對(duì)于電網(wǎng)電壓和功率因數(shù)只能確保其中一項(xiàng)兼顧另外一項(xiàng)。25/34成功案例

12月9日，國(guó)電龍?jiān)醇瘓F(tuán)赤峰新勝風(fēng)力發(fā)電有限企業(yè)一期翁牛特風(fēng)電場(chǎng)100.5MW工程建設(shè)項(xiàng)目最終一項(xiàng)分項(xiàng)工程，220kV變電站工程項(xiàng)目建設(shè)順利經(jīng)過(guò)驗(yàn)收，這標(biāo)志著翁牛特風(fēng)電場(chǎng)100.5MW工程建設(shè)已經(jīng)全部完工。國(guó)電龍?jiān)醇瘓F(tuán)赤峰翁牛特新勝風(fēng)電企業(yè)創(chuàng)下了中國(guó)風(fēng)電史上三個(gè)第一：當(dāng)年開(kāi)工，當(dāng)年投產(chǎn)，建設(shè)速度第一；第一個(gè)整機(jī)國(guó)產(chǎn)化試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)；單場(chǎng)裝機(jī)容量全國(guó)第一。該電場(chǎng)變電所一期安裝了北京思能達(dá)企業(yè)兩套35kV并聯(lián)集中無(wú)功電壓控制裝置，其中每套裝置容性無(wú)功配置0kvar，感性無(wú)功19000kvar。此裝置運(yùn)行至今安全可靠，為有效穩(wěn)定了系統(tǒng)電壓，為此大型風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)奠定了有力條件。26/3427/3428/3429/3430/3431/34用戶評(píng)價(jià)32/34設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功電壓綜合