新型可连续调节的无功补偿装置

徐大勇

【摘要】本文针对电力系统中可连续调节无功补偿装置配置规划等问题，提出一套新的概率计算和求解方法。基于系统基波与谐波的电压、阻抗和电流具有随机特性，借助于线性近似方法，以较便捷方式计算和评估该问题的概率临界值，并利用灵敏度分析衍生一个快速决定可连续调节无功补偿装置安装的最佳位置指标。最后提出一个最佳化求解法则，决定可连续调节无功补偿装置的最佳容量大小。

【关键词】新型；可连续调节；无功补偿装置

１无功补偿装置应用的现状

无功功率对于电网有着十分显著的影响，具体来看表现在如下一些方面：随着无功功率的不断提升，容易使得电流伴随增加及相应的视在功率提升，最终导致发电装置、变压装置等电网相关设备的电流容量增大；无功功率的不断增加也能够驱使总的电流有大幅度的提升，这种提升将导致相应的设备及电线产生更多的损耗；随着无功功率的增加，变压装置的电压降也会随之增加，如果这种增加属于来自于冲击性的无功功率，很容易导致电压的大幅度波动，从而极大的降低了电网供电的总体品质。

鉴于上述问题，有效的应用无功补偿装置能够很好的处理无功功率的变动带来的损耗，确保供电品质的提升。就目前情况来看，电网所采用的无功补偿装置多是利用有级投切并联电容器的技术，采用接触器及真空开关等类型的开关器件来实施有级投切。尽管这种方法有一定的效果，但却也存在着诸多的不足，需要加以重视。首先，电容器具有分级补偿的特性，采用这种无功补偿方式的投切很难与切实的需求状况相适应，很容易出现补偿过度或补偿不足的状况，并且在轻载状况下会发生投切方面的振荡。这种振荡会严重威胁电容器的使用寿命，也会引发电网电压的持久性振荡。其次，在电容进行投入的过程中，会产生较为强烈的冲击电流。在电容器没有充电的状况下，其电压值是零，因而在合上开关的时候会带来一个量值较高的冲击电流。这種量值较高的冲击电流不仅会对整个电网产生较大的冲击作用，也很有可能导致电压发生闪变，从而也会使得电容器使用寿命减少，并且也降低了各种电气设备运行的可靠性。

2可连续调节无功补偿装置的应用

本研究将顺应世界潮流与实际需要，针对目前应用最为广泛可连续调节无功补偿装置，提供一个考量电力系统实际运转情况，不增加电力系统的复杂程度的装设方式（并联方法的应用），以改善电力方面的问题。

可连续调节无功补偿装置是在机械投切式并联电容器的基础上，利用大容量晶闸管代替断路器等触点式开关而发展起来一种静止的并联无功功率提供或吸收装置，实现控制电力系统特性参数的目的，以满足电力系统的输电稳定性、供电可靠性及确保良好电力品质的目的和需求。

2.1可连续调节无功补偿的分类

可连续调节无功补偿为一个通称，是FACTS家族中，实际应用较早且最为广泛的装置。目前在实际的工程应用当中，可以根据其需要选择适当性能的可连续调节无功补偿装置，较常用的有“自饱和电抗器”（Saturated Reactor, SR）、“晶闸管控制电抗器”（Thyristor Controlled Reactance, TCR）、“晶闸管投切电容器”（Thyristor Switched Capacitor, TSC）等类型。

2.2可连续调节无功补偿的工作原理

由于晶闸管的控制动作会产生谐波电流，因此使用上会搭配无源滤波器，降低其对系统的谐波污染。当可连续调节无功补偿装置所连接的汇流排电压Vs等于基准电压Vref时，可连续调节无功补偿装置是不动作的；若汇流排电压Vs大于基准电压Vref时，可连续调节无功补偿装置为电感性负载，它将吸收系统的无功功率，促使Vs下降；反之可连续调节无功补偿装置所连接的汇流排电压Vs小于基准电压Vref时，可连续调节无功补偿装置为电容性负载，它将提供系统的无功功率，促使Vs上升。可连续调节无功补偿装置运转提供或吸收系统的无功功率大小值限制，通过各支路的晶闸管触发角α来调节。

2.3可连续调节无功补偿装置配置容量的选择

拟定可连续调节无功补偿装置配置最佳化的方案，需要采用以概率临界值为基准的运算模式。为有效进行非线性规划分析和求解，可直接运用Matlab软件进行分析、解决问题。机率理论在供电品质问题的电力系统可连续调节无功补偿装置配置最佳方案中的应用求解步骤如下：一是，输入系统汇流排、线路及谐波源电流（含TCR谐波效应）等参数资料。二是，执行交流负载潮流与谐波潮流分析，计算出每个系统母线m受测量的Vrms、IHDv及THDv的平均值和变异数的机率参数；并记录目标函数QSVC值。三是，将步骤2所求得平均值和变异数的机率参数资料，配合相应公式计算每个系统母线m受测量的Vrms的99.99%机率位准值、以及IHDv及THDv的95%概率临界值。四是,检查每一个汇流排Vrms、IHDv及THDv的概率临界值，是否超过规范的限制值？如果是，前进到步骤5；否则停止流程并结束。五是，使用单位可连续调节无功补偿装置容量值配合相应公式，针对所有的系统母线进行测试，建立可连续调节无功补偿装置安置地点的汇流排指标索引。六是，进行可连续调节无功补偿装置安装位置决策指标的计算，决策指标一次决定一个可连续调节无功补偿装置安置优先次序。计算产生的最低指标数值处，为最好的可连续调节无功补偿装置安置汇流排地点。七是，考虑供电品质问题的电力系统，并联可连续调节无功补偿装置配置最佳方案的机率解析数学式，转换成确定性的数学式。八是，以单位可连续调节无功补偿装置容量值为基准，利用Matlab软件提供的最佳化工具箱，求得安装地点的可连续调节无功补偿装置配置容量值。九是，停止并输出结果。

3结语

由于电力系统中存在许多电子和电机负载，因此其控制及运转机制会对与电力系统相连的汇流排造成较大干扰，如电力系统频率偏移、谐波/间谐波、电压闪变、电压骤降、电压骤升、电力中断等。因此，电力品质优化问题，是国内外现存的一大研究重点。如何提高供电品质，为用户提供优质可靠的电能是供电部门的应尽责任。

【参考文献】

［１］张庆柱,孙岐山.电压质量与无功[J].黑龙江科技信息,2009(07).

［２］冯东生.电网无功补偿装置的应用[J].科技风,2010(21).

［３］王利民,靳书涛,昌军胜,裘亮.力站电容器技术改造[J].黑龙江科技信息,2011(23).

［责任编辑：汤静］