静止无功补偿器的分析

王鹏 江苏师范大学科文学院 江苏徐州 221116

关健词:无功补偿 SVC PSCAD/EMTDC 仿真

1.无功功率的产生

众所周知,在工业和生活用电负载中,感性负载占有很大比例.异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的感性负载.异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占很大的比例.电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率.由于电网中存在大量必须吸收无功功率才能正常工作的感性负载,使线路电压与线路电流在相位上存在一个角度差,这样就引出了无功功率的概念.

2.无功补偿概念和意义

由上一节可见,无功补偿是维持现代电力系统的稳定与经济运行所必需的,无功补偿对于供电系统和负荷的运行都是十分重要的:电力系统网络中不仅大多数负载要消耗无功功率,大多数网络组件也要消耗无功功率.网络组件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得.显然,这些无功功率由发电机提供并经过长距离传送是不合理的,通常也是不可能的.因此,合理的方法应当是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率,即进行合理的无功补偿.

对电力系统中无功功率进行快速的动态补偿,可以实现如下的功能:降低过电压;减少电压闪变; 阻尼次同步振荡;减少电压和电流的不平衡;对动态无功负荷的功率因数校正;提高电力系统的静态和动态稳定性,阻尼功率振荡; 提高供用电系统及负载的功率,降低设备容量,减少功率损耗;在三相负载不平衡的场合,通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载;改善电压调整.稳定受电端及电网的电压,提高供电能量,在长距离输电线中合适的地方设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性,提高输电能力.

3.静止无功补偿器(SVC)

3.1 SVC概念

静止无功补偿器(Static Var Compensator——SVC),全称为静止型动态无功补偿装置,属于有源补偿器,所谓静止是指没有运动部件,这和同步调相机不一样,它是一种专指基于晶闸管的静止型动态无功补偿装置,属于柔性交流输电技术范畴,将电力电子元件引入传统的静止并联无功补偿装置,从而实现补偿的快速和连续平滑调节的补偿装置.通常是由并联电容器组(或滤波器)和一个可调节电感量的电感元件组成.SVC与一般的并联电容器补偿装置的区别是能够跟踪电网或负荷的无功波动,进行无功的适时补偿,从而维持电压的稳定.

FACTS技术的概念提出以后,大量的FACTS装置先后被提出.SVC作为灵活交流输电系统FACTS中的重要一员,是其中一类较早就得到广泛应用的一种FACTS控制器.也是目前世界电力系统应用最多、最为成熟的并联补偿设备之一.IEEE将静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC)定义为一种并联型的静止无功发生器或吸收器,其输出可以调节以交换容性或者感性电流,从而维持或者控制电力系统中的某些特定参数(一般为母线电压).

3.2 SVC的特点

SVC比以往的调相机具有投资省、损耗小、维护简单、可靠性高,特别是响应速度快、控制效果显著等一系列优点,早已在电力系统中获得广泛应用,为电力系统提供了新的动态电压支撑手段.当使用SVC对直流系统进行无功补偿时,和用直流换流器控制相比,它具有如下优点:无功功率控制与有功功率无关;无功功率控制HVDC运行无关;无功功率控制不影响其他换流器;当直流换流器闭锁时,能用SVC来降低过电压.

4.总结和展望

近年来,大量电力电子装置的应用,给电网带来严重的谐波干扰和无功冲击,对电力系统的安全可靠运行和用电设备的正常稳定工作构成威胁.有源电力滤波器和静止无功补偿装置能够对谐波和无功功率进行快速地动态跟踪补偿,为保证其补偿电流的准确、实时跟踪,谐波和无功电流的瞬时检测技术是一个关键环节.基于瞬时无功功率理论的检测法是电网畸变电流检测的有效方法,其中基于ip、iq运算方式的谐波电流检测法在三相三线制电路中得到了成功应用.

SVC相对于其它补偿装置,其优势是十分明显的,具有很好的社会经济效益及推广应用价值,应用前景非常广泛.由于作者水平所限及时间仓促,还有许多工作没有完成.我认为,今后可从以下几方面对系统进行改进:

(1) 对电网三相电压存在畸变或者不对称等情况时的SVC性能进行研究,提高系统实用性.本文SVC主控制器的仿真试验是基于理想化的电网状态,即电网电压为三相正弦电压.如何在对不对称电网电压下的无功进行补偿以及如何补偿不对称负载是今后值得研究的重要方面.

(2) 对系统参数进行优化.提高系统功率,做较大容量的SVC装置.本论文主要对SVC进行了理论分析级仿真研究,并进行了部分实验工作,希望以后早日实现SVC从实验室到现场投运这关键的一步.

(3) 提高SVC的动态补偿速度和补偿精度,让其能够更有效地投入到电力系统的应用中,能够应用在更广泛的领域中,更多地为电力行业带来方便.