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靜止無功補償器原理及應用領域

2021/02/24

        靜止同步無功補償器是技術最為先進的無功補償裝置。它不再采用大容量的電容器,電感器來產生所需無功功率,而是通過電力電子器件的高頻開關實現對無功補償技術質的飛躍,特別適用于中高壓電力系統中的動態無功補償。


什么是 靜止無功補償器

        靜止無功補償器是一種沒有旋轉部件,快速、平滑可控的動態無功功率補償裝置。它是將可控的電抗器和電力電容器(固定或分組投切)并聯使用。電容器可發出無功功率(容性的),可控電抗器可吸收無功功率(感性的)。通過對電抗器進行調節,可以使整個裝置平滑地從發出無功功率改變到吸收無功功率(或反向進行),并且響應快速。

靜止無功補償器的原理

       靜止無功補償器是利用控制晶閘管的導通角對無源電力元件進行控制或投切的電能質量治理裝置。根據其控制和投切的元件不同可分為晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電抗器(TSR,Thyristor?Switched?Reactor)、晶閘管投切電容器(TSC,Thyristor?Switched?Capacitor)、晶閘管投切濾波器(TSF,Thyristor?Switched?Filter)等多種類型。在原理上低壓型靜止無功補償與高壓型沒有區別,但是在實現方式上由集中補償改為分散補償、高壓補償改為低壓補償。


靜止無功補償器的應用領域
 
  (1)電網。電弧爐作為非線性及無規律負荷接入電網,將會對電網產生一系列不良影響,其中主要影響有:導致電網三相嚴重不平衡,產生負序電流,產生高次諧波,其中普遍存在如2、4偶次諧波與3、5、7次等奇次諧波共存的狀況,使電壓畸變更為復雜化,存在嚴重的電壓閃變,功率因數低。
 
  SVC具有快速動態補償、響應速度快的特點,它可向電弧爐快速提供無功電流并且穩定母線電網電壓,最大限度地降低閃變的影響,SVC具有的分相補償功能可以消除電弧爐造成的三相不平衡,濾波裝置可以消除有害的高次諧波并通過向系統提供容性無功來提高功率因數。
 
  (2)軋機及其他大型電機。軋機及其他大型電機對稱負載引起電網電壓降及電壓波動,嚴重時使電氣設備不能正常工作,降低了生產效率,使功率因數降低;負載在傳動裝置中會產生有害的高次諧波,主要是以5、7、11、13次為代表的奇次諧波及旁頻,會使電網電壓產生嚴重畸變。安裝SVC系統可解決上述問題,保持母線電壓平穩,無諧波干擾,功率因數接近1。
 
  (3)城市二級變電站(66kv/10kv):在區域電網中,一般采用分級投切電容器組的方式來補償系統無功,改善功率因數,這種方式只能向系統提供容性無功,并且不能隨負載變化而實現快速精確調節,在保證母線功率因數的同時,容易造成向系統倒送無功,抬高母線電壓,危害用電設備及系統穩定性等問題。
 
  TCR結合固定電容器組FC或者TCR+TSC可以快速精確的進行容性及感性無功補償,穩定母線電壓、提高功率因數。并且,在改造舊的補償系統時,在原有的固定電容器組的基礎上,只需增加晶閘管相控電抗器(TCR)部分即可,用最少的投資取得最佳的效果,成為改善區域電網供電質量的最有效方法。
 
  (4)電力機車供電:電力機車運輸方式在保護環境的同時也對電網造成了嚴重的“污染”,因電力機車為單相供電,這種單相負荷造成供電網的嚴重三相不平衡及較低的功率因數,目前世界各國解決這一問題的唯一途徑就是在鐵路沿線適當位置安裝SVC系統,通過SVC的分相快速補償功能來平衡三相電網,并通過濾波裝置來提高功率因數。
 
  (5)礦用提升機:提升機作為大功率、頻繁啟動、周期性沖擊負荷以及采用硅整流裝置對電網造成的無功沖擊和高次諧波污染等危害不僅危及電網安全,同時也造成提升機過電流、欠電壓等緊停故障的發生,影響了礦井生產。因此對提升機供電系統進行無功動態補償和高次諧波治理,對于提高礦井提升機和電網的安全運行可靠性、提高企業的經濟效益意義巨大。
 
  提升機單機裝機功率大,在礦井總供電負荷中占的比重較大。伴隨煤礦生產規模的擴大、井筒的加深,要求配套的提升機裝置容量也越來越大,單機容量已達到2000~3000kW,有的甚至達到5400kW,單斗提升裝載量達34t。這么大的負載啟動將對電網造成很大的沖擊電流,無功電流成分較大,功率因數較低。所以大功率提升機對供電電網的容量和穩定性要求更高。
 
  其中大功率提升機主要的問題是:
 
  引起電網電壓降低及電壓波動;
 
  高次諧波,其中普遍存在如2、4次偶次諧波與3、5等奇次諧波共存的狀況,使電壓畸變更趨復雜化;
 
  功率因數低;
 
  徹底解決上述問題的方法是用戶必須安裝具有快速響應速度的動態無功補償器(SVC)。SVC系統響應時間小于lOms,完全可以滿足嚴格的技術要求。
 
  (6)遠距離電力傳輸:全球電力目前正在趨向于大功率電網,長距離輸電,高能量消耗,同時也迫使輸配電系統不得不更加有效,SVC可以明顯提高電力系統輸配電性能,這已在世界范圍內得到了廣泛的證明,即當在不同的電網條件下,為保持一個平衡的電壓時,可在電網的一處或多處適合的位置上安裝SVC,以達到如下目的:
 
  穩定弱系統電壓、減少傳輸損耗
 
  增加傳輸動力,使現有電網發揮最大功率
 
  提高瞬變穩態極限
 
  增加小干擾下的阻尼
 
  增強電壓控制及穩定性
 
  緩沖功率振蕩
 
  (7)其他通用領域
 
  油田,水泥化工等領域
隨著節能改造的有著較多的傳動及變頻調速等電力電子裝置,其產生有害的高次諧波危害其他用電設備,導致用電效率降低,其他用電設備發熱壽命降低。


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