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電力系統(tǒng)無功補償的發(fā)展
目前世界范圍內掀起環(huán)境保護的熱潮,電力系統(tǒng)是一種的特定環(huán)境,公用電網中出現的無功功率,是電網本身的運行規(guī)律所決定,但它給電網運行帶來了許多麻煩。無功功率是一種既不能作有功,但又會在電網中引起損耗,而且又是不能缺少的一種功率。
在實際電力系統(tǒng)中,異步電動機作為傳統(tǒng)的主要負荷使電網產生感性無功電流;電力電子裝置大多數功率因數都很低,導致電網中出現大量的無功電流。無功電流產生無功功率,給電網帶來額外負擔且影響供電質量。因此,無功功率補償(以下簡稱無功補償)就成為保持電網高質量運行的一種主要手段之一,這也是當今電氣自動化技術及電力系統(tǒng)研究領域所面臨發(fā)展的一個重大課題,且正在受到越來越多的關注。
設置無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法,目前在國內外均獲廣泛應用。電容器與網絡感性負荷并聯(lián),以并聯(lián)電容器補償無功功率具有結構簡單、經濟方便等優(yōu)點,但其阻抗是固定的,故不能跟蹤負荷無功需求的變化,即不能實現對無功功率的動態(tài)補償。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,要求對無功功率進行動態(tài)補償,從而產生了同步調相機(SYNCHRONOUSCONDENSER--SC)。它是專門用來產生無功功率的同步電機,在過勵磁或欠勵磁的情況下,能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自20世紀2、30年代以來的幾十年中,同步調相機在電力系統(tǒng)中作為有源的無功補償曾一度發(fā)揮著主要作用,所以被稱為傳統(tǒng)的無功動態(tài)補償裝置。然而,由于它是旋轉電機,運行中的損耗和噪聲都比較大,運行維護復雜,而且響應速度慢,難以滿足快速動態(tài)補償的要求。
20世紀70年代以來,同步調相機開始逐漸被靜止型無功補償裝置(STATICVARCOMPENSATOR--SVC)所取代,目前有些國家已不再使用同步調相機。早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器(SATURATEDREACTOR--SR)型的,1967年英國GEC公司制成了世界上第一批該型無功補償裝置。飽和電抗器比之同步調相機具有靜止、響應速度快等優(yōu)點;但其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài),因而損耗和噪聲還是很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調節(jié)以補償負荷的不平衡,所以未能占據主流。
電力電子技術的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應用,將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償的舞臺。1977年美國GE公司首次在實際電力系統(tǒng)中演示運行了晶閘管的靜止無功補償裝置。1978年此類裝置投入實際運行。隨后,世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產品。近10多年來,占據了靜止無功補償裝置的主導地位。于是靜止無功補償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無功補償裝置,包括晶閘管控制電抗器(THYRISTORONTROLLEDREACTOR--TCR)和晶閘管投切電容器(THYISTORSWITCHEDCAPACTOR--TSC),以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC),或者TCR與固定電容器(FIXEDCAPACITOR--FC)或機械投切電容器(MECHANICALLYSWITCHEDCAPACITOR--MSC)混合使用的裝置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。
隨著電力電子技術的進一步發(fā)展,20世紀80年代以來,一種更為先進的靜止型無功補償裝置出現了,這就是采用自換相變流電路的無功補償,有人稱為靜止無功發(fā)生器(STATICVARGENERATOR--SVG),也有人稱其為高級靜止無功補償器(ADVANCEDSTATICVARCOMPENSATOR--ASVC)或靜止調相器(STATICCONDENSER--STATCON)。最近,日本和美國已分別有數臺SVG裝置投入實際運行。
目前,除對SVC和SVG的無功補償進一步的探討外,人們還研究用于動態(tài)無功補償的其他各種形式的靜止變流器,包括賭流型自換相橋式電路,交-交變頻電路以及交流斬波電路等,直至最近,美國電力研究院還提出統(tǒng)一潮流控制器(UNIFIEDPOWERFLOWCONTROLLER--UPFC)。事實上,SVC、SVG和UPEC都是柔性交流輸電系統(tǒng)(FLEXIBLEACTRANSMISSIONSYSTEM--FACTS)中的器件。所謂柔性交流輸電系統(tǒng),是20世紀80年代以來由美國電力研究院提出的一個嶄新概念,其本質就是將高壓大功率的電力電子技術應用于電力系統(tǒng)中,以增強對電力系統(tǒng)的控制能力,提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。
在實際電力系統(tǒng)中,異步電動機作為傳統(tǒng)的主要負荷使電網產生感性無功電流;電力電子裝置大多數功率因數都很低,導致電網中出現大量的無功電流。無功電流產生無功功率,給電網帶來額外負擔且影響供電質量。因此,無功功率補償(以下簡稱無功補償)就成為保持電網高質量運行的一種主要手段之一,這也是當今電氣自動化技術及電力系統(tǒng)研究領域所面臨發(fā)展的一個重大課題,且正在受到越來越多的關注。
設置無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法,目前在國內外均獲廣泛應用。電容器與網絡感性負荷并聯(lián),以并聯(lián)電容器補償無功功率具有結構簡單、經濟方便等優(yōu)點,但其阻抗是固定的,故不能跟蹤負荷無功需求的變化,即不能實現對無功功率的動態(tài)補償。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,要求對無功功率進行動態(tài)補償,從而產生了同步調相機(SYNCHRONOUSCONDENSER--SC)。它是專門用來產生無功功率的同步電機,在過勵磁或欠勵磁的情況下,能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自20世紀2、30年代以來的幾十年中,同步調相機在電力系統(tǒng)中作為有源的無功補償曾一度發(fā)揮著主要作用,所以被稱為傳統(tǒng)的無功動態(tài)補償裝置。然而,由于它是旋轉電機,運行中的損耗和噪聲都比較大,運行維護復雜,而且響應速度慢,難以滿足快速動態(tài)補償的要求。
20世紀70年代以來,同步調相機開始逐漸被靜止型無功補償裝置(STATICVARCOMPENSATOR--SVC)所取代,目前有些國家已不再使用同步調相機。早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器(SATURATEDREACTOR--SR)型的,1967年英國GEC公司制成了世界上第一批該型無功補償裝置。飽和電抗器比之同步調相機具有靜止、響應速度快等優(yōu)點;但其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài),因而損耗和噪聲還是很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調節(jié)以補償負荷的不平衡,所以未能占據主流。
電力電子技術的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應用,將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償的舞臺。1977年美國GE公司首次在實際電力系統(tǒng)中演示運行了晶閘管的靜止無功補償裝置。1978年此類裝置投入實際運行。隨后,世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產品。近10多年來,占據了靜止無功補償裝置的主導地位。于是靜止無功補償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無功補償裝置,包括晶閘管控制電抗器(THYRISTORONTROLLEDREACTOR--TCR)和晶閘管投切電容器(THYISTORSWITCHEDCAPACTOR--TSC),以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC),或者TCR與固定電容器(FIXEDCAPACITOR--FC)或機械投切電容器(MECHANICALLYSWITCHEDCAPACITOR--MSC)混合使用的裝置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。
隨著電力電子技術的進一步發(fā)展,20世紀80年代以來,一種更為先進的靜止型無功補償裝置出現了,這就是采用自換相變流電路的無功補償,有人稱為靜止無功發(fā)生器(STATICVARGENERATOR--SVG),也有人稱其為高級靜止無功補償器(ADVANCEDSTATICVARCOMPENSATOR--ASVC)或靜止調相器(STATICCONDENSER--STATCON)。最近,日本和美國已分別有數臺SVG裝置投入實際運行。
目前,除對SVC和SVG的無功補償進一步的探討外,人們還研究用于動態(tài)無功補償的其他各種形式的靜止變流器,包括賭流型自換相橋式電路,交-交變頻電路以及交流斬波電路等,直至最近,美國電力研究院還提出統(tǒng)一潮流控制器(UNIFIEDPOWERFLOWCONTROLLER--UPFC)。事實上,SVC、SVG和UPEC都是柔性交流輸電系統(tǒng)(FLEXIBLEACTRANSMISSIONSYSTEM--FACTS)中的器件。所謂柔性交流輸電系統(tǒng),是20世紀80年代以來由美國電力研究院提出的一個嶄新概念,其本質就是將高壓大功率的電力電子技術應用于電力系統(tǒng)中,以增強對電力系統(tǒng)的控制能力,提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。
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