我国中压动态无功补偿装置的发展及展望

1、我国中压动态无功补偿装置的发展及展望摘要:从无功补偿装置应用的必要性出发,介绍了无功补偿装置的原理及组成,分析了常见无功补偿装置的优缺点,论述了国内外无功补偿装置的应用现状。着重介绍了新技术在SVC装置中应用,对比分析了无功补偿装置中的电力电容器、控制方案和投切元件,最后展望了智能型SVC的广泛应用是中压无功补偿装置的发展方向。关键词:无功补偿装置;电力电容器;控制方案;投切元件国家能源局发布的2011年7月全社会用电量统计数据显示,中国全社会用电量为4 349亿千瓦时,同比增长11.8%,与此同时部分省市依然面临几十万乃至几百万千瓦的电力缺口。伴随着供电量的增加,电网建设的速度明显滞后,网络

2、损耗的问题日益突出。我国中压配电网基本以10 kV为主,而10 kV配电网的网络损耗最大,改造的潜力也最大。无功补偿装置能有效地达到平衡电网中的无功、提高系统功率因数和系统中无功储备、防止电压崩溃、保障电力系统电能质量、降低网络损耗,是电网能够安全运行不可缺少的部分,也是提高中压输配电网络经济性和保障可靠运行的一种经济实用的技术手段。动态补偿技术是解决电压跌落问题的最终途径。1 无功补偿装置的概述无功补偿装置从原理上说是电网中呈容性或感性的元件,它是由电容器组及其配套设备(投切元件、检查及保护元件连接而成的一个整体,对系统进行无功功率补偿、电压控制的装置。早期无功补偿装置FC补偿容量固定,而且

3、可能与系统发生谐振,目前在无功补偿项目中已不再使用。随着柔性输变电元件的广泛应用和智能电网的兴起,SVC和SVG得到越来越多的关注1。上世纪70年代起以晶闸管投切电容型(TSC型SVC及晶闸管投切电容器-晶闸管控制电抗器型(TSC-TCR型SVC2-3为主要形式的静止无功补偿器SVC(Static Var Compensator在工业领域和电网领域中得到广泛应用。这类无功补偿装置采用晶闸管串联控制技术,损耗小、速度快、控制灵活。TSC 型SVC只能提供容性电流,不能连续调节无功功率,无谐波产生且损耗较小,但它不能对冲击性负荷引起的电压闪变进行很好的抑制。TCR+FC型SVC运行可靠、价格便宜,

4、但由于TCR 在工作中产生的感性无功电流会被固定电容中的容性无功电流平衡,会造成器件和容量的浪费。TCR+TSC型SVC存在的问题是晶闸管单管耐压较低,且其控制方法复杂,价格昂贵。20世纪80年代出现了一种更为先进的静止无功补偿装置,即静止无功发生器SVG(Static Var Generator。SVG分为电压型和电流型桥式电路两种。SVG产生谐波少,无功调节能力强,占地面积小,但是控制比较复杂,而且成本比较高,技术不完全成熟,目前仍处于研究试用中。各种无功补偿装置性能对比如表1所示。2 国内外中高压无功补偿装置应用现状国外生产研制SVC的公司有ABB、SIEMENS、AREVA 等。而国内

5、公司主要有鞍山荣信、南瑞继保、西电科技等。首先从国际范围来讲,目前在国外SVC技术已经相当成熟并取得广泛的工程应用,SVG装置作为一种比SVC在动态补偿上表现更良好的先进补偿装置已经开始实现产业化并应用于工程领域,ABB生产的PCS 6000STATCOM适合安装在风电场中,使风电符合电网连接的规范,或为公用电网提供快速动态无功功率补偿器,已在英国东南部的小切恩(Little Cheyne Court风电场投运成功。SVG 由于价格比较高,还不能完全取代SVC在动态补偿领域的作用4。国内2004年鞍山红一变100 Mvar SVC示范工程开始了国产SVC装置在电网中的应用。荣信电力(RXPE生

6、产的SVC通过德国TUV、欧盟CE以及瑞士SGS ISO9001等国际认证,采用国际标准生产,并且SVC 装机数量超过750套,位居世界第一。荣信电力(RXPE生产的SVG综合了ABB和Mitsubishi 的优点,功率单元采用二极管嵌位的三电平变流器,然后通过升压变压器并联于电网上。当前国内电压等级最高、容量最大的静止无功补偿系统为龙泉桃乡500 kV变电站SVC系统拥有两套额定输出容量为2×180 Mvar,电压等级为66 kV的静止无功补偿装置。3 我国中压无功补偿装置的现状电网无功功率调节是靠无功装置来实现的,因此无功补偿装置运行是否可靠,技术条件能否满足电网的要求是值得分析

7、和讨论的。事实上,SVC比SVG在电网的输配电系统中应用更广,比例大概为6.7:15。所以SVC仍是目前中压无功补偿装置的主导产品。当前中压无功补偿装置主要存在以下问题:(1功能简单、联网能力薄弱、抗干扰能力差、控制精度低;(2从投切电容和调节变压器的判据来讲,利用在线测量的功率因数与整定的功率因数比较的原理来确定,在这种情况下投切电容器难免会引起电流、电压的波动,既影响供电质量,又降低设备寿命;(3目前的大多数中压无功补偿装置仍采用普通开关来进行投切,易引起很大的涌流及操作过电压,同时开关在大的电流下触头也容易发生烧损。就目前情况而言,SVC技术虽然已经发展比较成熟,但仍具有一定的发展空间。

8、目前很多厂家对中压无功补偿装置做了改进和提高,现从电力电容器、控制方式、投切元件三方面对装置进行分析。3.1 电力电容器通常无功补偿装置质量的优劣取决于补偿用的电容器。我国电力电容器制造业发展始于20世纪50年代,电容器作为一种重要的无功电源,在电力系统的电压调节和功率因数调节方面发挥着重要作用。它是电力系统并联无功补偿、串联补偿、谐波滤波装置的核心器件。高压自愈式电容器由于具有安全防爆和环境保护的作用,目前被广泛使用。表2所示为我国目前电力电容的主流产品。3.2 控制方案SVC因其成本较低,且承受的功率较SVG高,智能型SVC能解决传统无功补偿装置产生的涌流、过电压、干扰等问题,能节约30%40%的