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无功补偿装置的分类

已有 207 次阅读2014-10-14 11:42

无功补偿有很多种类:从补偿的范围划分可以分为负荷补偿与线路补偿,从补偿的性质划分可以分为感性补偿与容性补偿,从补偿的方式划分可以分为串联补偿与并联补偿。  在超高压输电线路中就有并联电感补偿及串联电容器补偿方法,限于篇幅的关系,本文只涉及并联容性补偿。  所谓并联容性补偿就是指在线路中接入并联连接的设备,用于向线路中提供容性的无功电流。由于容性无功电流超前电压90°,而感性无功电流滞后电压90°,因此容性无功电流可以抵消感性无功电流。又由于电网中的负荷绝大多数是感性负荷,因此在电网中使用的用于负荷补偿的装置绝大部分是并联容性补偿。  从另一个角度去看,我们可以将无功补偿装置看成是发无功电流的设备,负荷是吸收无功电流的设备,无功补偿装置所发的无功电流用于供应负荷吸收的无功电流。因此,总是将无功补偿装置安装在负荷的上端(电源端)。在完全补偿的情况下(上端功率因数=1),无功电流只在无功补偿装置与负荷之间的线路中存在,在无功补偿装置以上的线路中没有无功电流。  下面将并联容性补偿的方法大致列举: 

1, 同步调相机。  调相机的基本原理与同步发电机没有区别,它只输出无功电流。因为不发电,因此不需要原动机拖动,没有启动电机的调相机也没有轴伸,实质就是相当于一台在电网中空转的同步发电机。 

调相机是电网中最早使用的无功补偿装置。当增加激磁电流时,其输出的容性无功电流增大。当减少激磁电流时,其输出的容性无功电流减少。当激磁电流减少到一定程度时,输出无功电流为零,只有很小的有功电流用于弥补调相机的损耗。当激磁电流进一步减少时,输出感性无功电流。  调相机容量大、对谐波不敏感,并且具有当电网电压下降时输出无功电流自动增加的特点,因此调相机对于电网的无功安全具有不可替代的作用。  由于调相机的价格高,效率低,运行成本高,因此已经逐渐被并联电容器所替代。但是近年来出于对电网无功安全的重视,一些人主张重新启用调相机。 

2, 并联电容器      并联电容器是目前最主要的无功补偿方法。其主要特点是价格低,效率高,运行成本低,在保护完善的情况下可靠性也很高。  在高压及中压系统中主要使用固定连接的并联电容器组,而在低压配电系统中则主要使用自动控制电容器投切的自动无功补偿装置。自动无功补偿装置的结构则多种多样形形色色,适用于各种不同的负荷情况。对于低压自动无功补偿装置将另文详细介绍。  并联电容器的最主要缺点是其对谐波的敏感性。当电网中含有谐波时,电容器的电流会急剧增大,还会与电网中的感性元件谐振使谐波放大。另外,并联电容器属于恒阻抗元件,在电网电压下降时其输出的无功电流也下降,因此不利于电网的无功安全。 

3, 关于SVC  SVC的全称是静止式无功补偿装置,静止两个字是与同步调相机的旋转相对应的。  国际大电网会议将SVC定义为7个子类: ①机械投切电容器(MSC) ②机械投切电抗器(MSR) ③自饱和电抗器(SR) ④晶闸管控制电抗器(TCR) ⑤晶闸管投切电容器(TSC) ⑥晶闸管投切电抗器(TSR)  ⑦自换向或电网换向转换器(SCC/LCC)  根据以上这些子类,我们可以看出:除调相机之外,用电感或电容进行无功补偿的装置几乎均被定义为SVC。因此,目前一些资料或者广告中大量出现“SVC”字样,其原因不外乎两条:其一是作者自己并不明白SVC的定义,其二就是以普通人不懂的字母组合故弄玄虚。  目前国内市场上被宣传为SVC的产品主要是晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管投切电容器(TSC)。对于TSC我们另文叙述,这里只简要介绍一下晶闸管控制电抗器(TCR)。  TCR的基本结构包括一组固定并联连接在线路中的电容器和一组并联连接在线路中用晶闸管控制的电抗器,通常将电抗器的容量设计成与电容器一样。由于电抗器是用晶闸管控制的,其感性无功电流可以变化。当晶闸管关断时,电抗器没有电流,而电容器固定连接,因此整套装置的补偿量最大。当调节晶闸管的导通角时,电抗器的感性电流就会抵消一部分电容器电流,因此补偿量减少,导通角越大,电抗器的电流越大,补偿量就越小。当晶闸管全通时,电抗器电流就会将电容器电流全部抵消,此时补偿量为0。  在TCR中,当晶闸管的导通角小于90°时,电抗器的电流非正弦含有谐波成分,因此必须将固定电容器组设计成滤波器形式或者配备另外的滤波器。  综上所述,可以看出TCR的结构复杂,损耗大。但其具有补偿量连续可调的特点,在高压系统中还有应用。  

4, STATCOM  STATCOM是一种使用IGBT、GTO、或者SIT等全控型高速电力电子器件作为开关控制电流的装置。 其基本工作原理是:      通过对系统电参数的检测,预测出一个与电源电压同相位的幅度适当的正弦电流波形。当系统瞬时电流大于预测电流的时候,STATCOM将大于预测电流的部分吸收进来,储存在内部的储能电容器中。当系统瞬时电流小于预测电流的时候,STATCOM将储存在电容器中的能量释放出来,填补小于预测电流的部分,从而使得补偿后的电流变成与电压同相位的正弦波。      根据STATCOM的工作原理,理论上STATCOM可以实现真正的动态补偿,不仅可以应用在感性负荷场合,还可以应用在容性负荷的场合。并且可以进行谐波滤除,起到滤波器的作用。但是实际的STATCOM由

于技术的原因不可能达到理论要求,而且由于开关操作频率不够高等原因,还会向电网输出谐波。  STATCOM的结构十分复杂,价格昂贵,可靠性差,损耗大,目前仍处于研究试用阶段,没有实际应用价值。


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