各种无功补偿装置的发展历史及其比较省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖

各种无功赔偿装置

发展历史及其比较北京思能达电力技术有限公司BeiJingSNTAElectricPowerTechniqueCO.,LTD编制：郑元彬－3－41/34序言

近年来，因为电网容量增加，对电网无功要求也与日增加。无功电源如同有功电源一样，是确保电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺乏部分。在电力系统中，无功要保持平衡，不然，将会使系统电压下降，严重时，会造成设备损坏，系统解列。另外，网络功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。所以，处理好网络赔偿问题，对网络降损节能有着极为主要意义。伴随能源日益紧缺，节能降耗日益引发人们关注。无功功率赔偿作为一个投资少、收效快主要节能形式变得尤加主要。装设无功赔偿装置后经济效益主要表达在以下几个方面:提升功率因数，防止罚款，降低工矿企业电费开支，降低企业成本；降低电气设备中电流，降低损耗，节约电能；可降低电力系统电压损失，降低电压波动．改进电能质量；增加变压器及电网利用率．节约电器设备投资．挖掘原有电气设备潜力；降低设备发烧，降低设备损坏，提升了设备可靠性。2/34无功赔偿装置在50中多年发展历史中经历了从简单到复杂，从手动到自动发展过程。电力系统并联赔偿装置能够按照不一样标准进行分类.从静态到动态，从单一无功控制到无功电压综合控制如按照并联赔偿装置器件不一样能够分为机械投切阻抗型装置和变压型.假如按照并联赔偿装置输出功率性质能够分为有功功率与无功功率并联赔偿装置，还能够按照并联赔偿装置响应速度分为静态型装置、动态型装置。按照并联赔偿装置安装系统不一样还能够分为输电系统并联赔偿装置和配电系统并联赔偿装置。还能够按照并联赔偿装置电压等级分为低压并联赔偿装置、中压并联赔偿装置与高压并联赔偿装置。·而按赔偿对象不一样无功赔偿技术又可分为负荷赔偿和系统赔偿两类。按照改变无功方式分为改变阻抗型和改变电压型。无功赔偿装置发展过程3/34常见无功赔偿方式固定容量电容器组(TBB)分组投切电容器组（TBBZ）静止无功功率动态赔偿装置（TSC-SVC）静止无功功率动态赔偿装置（TCR-SVC）静止无功功率动态赔偿装置（MCR-SVC）调压调容赔偿装置（DWZT）调相机基于变流器并联赔偿装置经典代表是STATCOM装置和配电系统APF装置。4/34经典无功赔偿原理－静态无功赔偿固定容量电容器组(TBB)5/34经典无功赔偿原理－静态无功赔偿分组投切电容器组（TBBZ）6/34经典无功赔偿原理－动态无功赔偿静止无功功率动态赔偿装置（TSC-SVC）7/34经典无功赔偿原理－动态无功赔偿静止无功功率动态赔偿装置（TCR-SVC）8/34经典无功赔偿原理－动态无功赔偿静止无功功率动态赔偿装置（MCR-SVC）9/34经典无功赔偿原理－动态无功赔偿调压调容赔偿装置（DWZT）10/34经典无功赔偿原理－动态无功赔偿基于变流器并联赔偿装置经典代表是STATCOM装置和配电系统APF装置11/34无功赔偿装置技术经济对比

12/3413/34风电场特殊性（1）－电网平均负荷和风电场综合出力相关性较弱

因为风能分布随机性以及风速不能准确预测等原因，风电出力改变也在相当程度上不可预测和控制。在一些情况下，风电出力改变与电网负荷改变相反，在一些农灌负荷、升降温负荷占相当比重电网中这种情况较为普遍(见图1)。这种情况下，风电功率注入不但不能改变系统负荷特征，反而会使其恶化，使峰谷差增大，增大了电网调度难度。图1某地域风电场出力与负荷改变曲线

14/34风电场特殊性（2）-风电场往往处于电网末端

我国风电场有处于电网末端，电网电压、频率不够稳定，三相负荷不平衡问题也经常出现，电网接纳风电能力已经成为风电发展瓶颈。

15/34风电场特殊性（3）-风电场内风机开启需要1－5分钟才能全部开启风电场普通占地面积较大，约方圆20－40平方公里，风场内风机开启是一个迟缓过程，无功波动也是一个相对较慢过程，不过无功赔偿装置对应时间应控制在1分钟内很好，即可满足风电场无功改变跟踪需要还无须与主变档位开关调整速度放生冲突。风电场还含有投资大，资金回收期长，需要使用周期约等特点。16/34风电场对电网电压影响（1）

－严重影响电网电压质量以普通感应电机作发电机定速风电机组，其功率因数随机组出力增加往往呈降低趋势，如图2所表示。对于装机容量较多风电场，实际运行过程中会造成临近节点电压降低，有时会严重影响电网电压质量。同时，当风电场电压降低时,异步发电机吸收无功功率会增加，而机端并联电容器赔偿无功出力反而降低，所以可能会造成局部电力系统电压失稳。因为定速风电机组所并联无功赔偿装置多是采取接触器进行投切，投切过程中所产生涌流及过电压严重损坏了电容器寿命，电容器投运率并不高。

图2某定速风电机组功率因数曲线17/34风电场对电网电压影响（2）－造成电网电压调整都很困难。变速风电机组功率因数普通可在＋0.95～－0.95之间设定，但它功率因数为厂家设定(一旦设定，更改只能经过外方厂家)。换言之,它丧失了对电压调整能力，一旦电网运行状态发生改变，以前设定功率因数就有可能会对电网电压造成负面影响，尤其是当风电场装机容量较大时，会造成一天内电网电压调整都很困难。变速风电机组发出无功功率同时会降低有功功率输出，这在一定程度上降低了风力发电机出力，降低了经济效益。况且每台风电机组独自控制，不能有效降低无功时尚流动和确保系统电压稳定。18/34电网对风电场接入系统要求为有效降低大型风电场接入系统所带来负面影响，国家电网企业《风电场接入电网技术要求（试行）》作出了明文要求：仅靠风力发电机组无功容量不能满足系统电压调整需要，则需要考虑在风电场加装无功赔偿装置。还要求风电场无功功率应该能够在其容量范围内进行自动调整，使风电场变电站高压侧母线电压正、负偏差绝对值之和不超出额定电压10％，普通应控制在额定电压-3％～7％。还要求功率因数应控制-0.98∽+0.98之间，同时谐波不能超出国家标准，这一要求会对风电接入系统研究带来深远影响。为满足风电机组运行要求和电网对并网风电场无功功率与电压调整要求，风电场装设无功电压自动控制系统成为了必定选择。

19/34风电场无功需求特点经过对风电场特殊性、风力发电对电网影响及国家对风电场接入系统研究发觉：风电场无功赔偿既得能够自动跟踪无功功率改变还得满足响应时间控制在1分钟内，含有没有功赔偿同时还需要具备系统电压调整能力。还应该具备投资少，易维护，寿命长，损耗小等特点才能满足风电场无功赔偿需要。20/34主要赔偿装置损耗比较DWZT电压无功自动赔偿装置损耗计算以下：

其中查阅相关元件参数得知：1kva调压器损耗为，240kvar电抗损耗为2％，60kvar电抗损耗为3％；电容器损耗角正切值安0.0008计算。年损耗为：21/34对于赔偿容量为1kvar分组投切赔偿装置损耗计算以下：假设每组赔偿容量为3000kvar,年损耗为：

依据以上计算数据，与分组投切赔偿装置相比，DWZT电压无功自动赔偿装置每年运行损耗略微增加。

22/34SVC总损耗估算以电容器总安装容量14000kvar计损耗角正切值0.0005，运行小时数以8760小时。滤波串联电抗器总容量以750kvar，损耗为2％，运行小时数以8760小时。

相控并联电抗器及晶闸管阀组总容量以1kvar计，损耗2％，相控电抗器运行小时数8760/2小时可见svc损耗是分组投切和DWZT损耗6倍以上。23/34经济技术比较总结静止无功功率动态赔偿装置（SVC），因为工作过程中产生谐波电流，即使设计滤波器后依然有相当数量谐波流入电力系统，危害电能质量，站地面积大，损耗大，噪声大，造价高，不过响应速度快，约30毫秒，满足风电场无功波动需求，比较适合于枢纽变电站使用。调压调容赔偿装置（DWZT），工作过程中不产生涌流和过电压，也不产生谐波电流，对应速度约4秒，损耗小，占地小，维护简单，造价适中。分组投切电容器组(TBB－Z),因为工作过程中产生涌流和过电压对电容器造成冲击，危害设备安全运行，同时在投切过程中有充放电问题，所以切除之后再次投入需要5分钟，满足不了风电场无功波动需求。价格较低。24/34风电场无功赔偿容量得确定方法风电场无功赔偿容量确实定需依据风电场接入系统后造成得影响来确定。假如风电场接入系统后对电网电压影响较大，此时需依据电网年运行特征、接入点短路容量、周围发电厂特征及风电场运行特征经系统仿真后确定。这种情况不但需要配置容性无功功率还需要配置感性无功功率。此时供电局对风电场考评是接入系统侧电压而不应该是功率因数。对于风电场装机容量小，对电网影响小风电场只需要考虑风电场内部线路充电无功功率、变压器消耗无功功率和风机无功功率即可。此时供电局对风电场考评是接入系统侧功率因数而不是电压。对于电网电压和功率因数只能确保其中一项兼顾另外一项。25/34成功案例

12月9日，国电龙源集团赤峰新胜风力发电有限企业一期翁牛特风电场100.5MW工程建设项目最终一项分项工程，220kV变电站工程项目建设顺利经过验收，这标志着翁牛特风电场100.5MW工程建设已经全部完工。国电龙源集团赤峰翁牛特新胜风电企业创下了中国风电史上三个第一：当年开工，当年投产，建设速度第一；第一个整机国产化试验风电场；单场装机容量全国第一。该电场变电所一期安装了北京思能达企业两套35kV并联集中无功电压控制装置，其中每套装置容性无功配置0kvar，感性无功19000kvar。此装置运行至今安全可靠，为有效稳定了系统电压，为此大型风电场接入系统奠定了有力条件。26/3427/3428/3429/3430/3431/34用户评价32/34设计风电场无功电压综合