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动态无功补偿技术应用综述

 作者:未知 来源:不详 时间:2006-5-2

 
 


式中,VS为系统电压;RS为逆变桥等效电阻;δ为SVG输出电压与VS 的夹角 。
由公式可知,通过调节δ的大小,就可以控制STATCOM 注入系统的无功功率。由于RS很小,所以调节范围非常大。如果多台STATCOM并联移相输出,则既可提升补偿容量,又能抑制装置本身的谐波电流。

statcom
STATCOM在控制策略上与SVC 的区别在于:在SVC 装置中, 由外闭环调节器输出的控制信号用作SVC 等效电纳的参考值,以此信号来控制SVC 调节到所需的等效电纳。而在STATCOM中, 外闭环调节器输出的控制信号则被视为补偿器应产生的无功电流(或无功功率)的参考值,然后由参考值调节STATCOM来产生所需无功电流。其具体控制方法可分为间接控制和直接控制两大类,STATCOM采用电流直接控制方法的响应速度和控制精度比间接控制法有很大的提高。
STATCOM在输电系统中的作为无功补偿装置用时,除具有SVC的所有良好性能外,运行范围更宽,且输出无功电流不受系统电压影响。采用多重化技术的STATCOM,谐波含量少,不需要滤波器,能够有力的提高系统的暂态性能。
3.3 STATCOM及SVC应用于输电网的仿真研究
STATCOM和SVC应用于大规模输电网中以加强动态无功补偿、改善电网末端或大负荷中心电压稳定性以及作为直流输电无功控制设备,已经做了大量的研究工作。近年来,由于经济的快速发展,我国形成了京津唐、长三角以及珠三角3大负荷中心。这3个地区都具有远离电源、缺乏足够的无功备用以及空调负荷比例高等特点,因此,均有不同程度的电压稳定问题。
根据已有的仿真分析,北京电网在负荷突增时会出现暂态电压失稳现象,需要在安定、老君堂、西大望等地安装STATCOM(或者SVC)以防止电压崩溃。上海的黄渡分区内150 Mvar 调相机退出运行后,只有一个12 MW的小火电接入,并且这里将是三峡直流的落点,若发生故障将会出现严重的电压失稳,需要安装STATCOM提供快速的无功支撑,目前正在研制的50 Mvar STATCOM将在这里投入使用。广东电网是拥有多直流的交直流混联系统,直流落点本身需要大量的无功支撑,STATCOM无疑是最佳的选择;同时在直流退出运行的情况下,需要在交流长输电线路中点贺州安装STATCOM以提升线路传输极限,维持电压稳定;此外,负荷突增情况下,弱受端系统会出现持续的电压跌落,选择合适的地点安装STATCOM可以增强系统的电压维持能力。
4 动态无功补偿装置在配电网及大型工矿企业的应用
4.1 SVC在配电网和工矿企业的应用
无功传输对配电网的影响,一是会导致电力用户电压水平的恶化,二是会造成线损的上升。为了降低无功传输带来的不利影响,可以在配电网无功负荷集中处安装一定容量的SVC,由SVC向负荷点就近提供无功功率,以减少系统流入的Q,这样不仅可使网络产生的压降△U变小,同时也可使网络的线损△A减小。当在配电网络中并入容量为Qb的SVC之后,网络的压降和线损为
svc
由以上两式可见,Qb增大,压降△U就会变小,即降损的效果就会增大;当Qb=Q时,由无功传输带来的压降损失和线损为0,其改善电压和降损的效果达到最佳;如果Qb> Q,则会出现无功倒流入系统的情况,这时压降损失反而会增大,降损的效果也会逐步开始恶化。所以,配网侧SVC在一定条件下不仅可以改善配网用户的电压质量,同时还可以降损节电。
4.2 DSTATCOM基本原理及应用
在配电网中,将中小容量的STATCOM安装在某些特殊负荷(如电弧炉)附近,可以显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量,如提高功率因数、克服三相不平衡、消除电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等。这种在配电网中用来提高电能质量的STATCOM一般称为(请给出DSTATCOM的中文名称)(Distribution STATCOM,DSTATCOM)。
和高压大容量STATCOM类似,DSTATCOM的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上或者直接并联在电网上, 适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位, 或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流, 实现动态无功补偿的目的。
DSTATCOM主要应用在经济效益受电能质量影响较大的工矿企业,如钢铁、冶金、矿山、电气化铁路、风电厂以及其他具有或者靠近冲击性负荷和大容量电动机的工业领域。DSTATCOM能够有效改善配电网的电能质量,可以为配电网中的厂矿用户带来可观的经济效益。以瑞典Uddeholm Tooling钢铁公司的DSTATCOM项目为例,该钢厂有1台电弧炉和1台精炼炉,额定功率共37.5 MVA,2座电炉均由132 kV线路通过132 /10.5 kV变压器供电。在其10.5 kV供电母线上安装了1套+22 MVA的DSTATCOM设备后,钢厂的各项指标发生了下列变化:① 功率因数高于0.95,避免了电力部门的罚款。② 冶炼时间从124 min/炉 降至106 min/炉,缩短了18 min/炉,即14.5% 。③ 电极消耗量从2.39 kg/t降至2.12 kg/t,减少了0.2 kg/t,即8.4% 。④ 耗电量从625 kWh/t降至600 kWh/t,减少了25 kWh/t,即4% 。⑤ 电压闪变减少3~5倍。⑥ 熔化期时,DSTATCOM投运前10 kV母线电压在9.7 ~10.8 kV之间波动,波动幅度为1.1 kV, 即10.5% ,而投运后,电压为10.4 kV,波动幅度在0.1 kV之内, 即0.95% 。按目前生产资料价格、电价以及年产量计算,安装DSTATCOM后,该钢厂每年因节能降耗和增产所创造经济效益的总和有逾千万元人民币。
5 STATCOM与SVC的技术经济比较

   STATCOM(包括DSTATCOM)和SVC都为动态无功补偿装置,但它们的特性功能却存在着相当的差异。一般说来,STATCOM和SVC相比有下列优越性:
(1)STATCOM输出电流不依赖于电压,表现为恒流源特性,具有更宽的运行范围。而SVC本质是阻抗型补偿,输出电流和电压成线性关系。因此系统电压变低时,同容量STATCOM可以比SVC提供更大的补偿容量。
(2)STATCOM比SVC具有更快的响应速度,因而更适合抑制电压闪变。STATCOM响应时间在10 ms以内,而SVC响应时间一般在20~40 ms。STATCOM从额定容性无功功率变为额定感性无功功率(或相反)可在1 ms之内完成,这种响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
(3)STATCOM采用桥式交流电路的多重化技术、多电平技术或PWM技术来消除次数较低的谐波,并使较高次数如7、11等次谐波减小到可以接受的程度。而SVC本身要产生一定量的谐波,如TCR型的5、7次特征次谐波量比较大,占基波值的5%~8%;其他如SR,TCT等也产生3、5、7、11 等次的高次谐波,这给SVC 系统的滤波器设计带来许多困难。

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