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静止无功补偿器原理及应用领域

2021/02/24

        静止同步无功补偿器是技术最为先进的无功补偿装置。它不再采用大容量的电容器,电感器来产生所需无功功率,而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃,特别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。


什么是 静止无功补偿器

        静止无功补偿器是一种没有旋转部件,快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。它是将可控的电抗器和电力电容器(固定或分组投切)并联使用。电容器可发出无功功率(容性的),可控电抗器可吸收无功功率(感性的)。通过对电抗器进行调节,可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率(或反向进行),并且响应快速。

静止无功补偿器的原理

       静止无功补偿器是利用控制晶闸管的导通角对无源电力元件进行控制或投切的电能质量治理装置。根据其控制和投切的元件不同可分为晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电抗器(TSR,Thyristor Switched Reactor)、晶闸管投切电容器(TSC,Thyristor Switched Capacitor)、晶闸管投切滤波器(TSF,Thyristor Switched Filter)等多种类型。在原理上低压型静止无功补偿与高压型没有区别,但是在实现方式上由集中补偿改为分散补偿、高压补偿改为低压补偿。


静止无功补偿器的应用领域
 
  (1)电网。电弧炉作为非线性及无规律负荷接入电网,将会对电网产生一系列不良影响,其中主要影响有:导致电网三相严重不平衡,产生负序电流,产生高次谐波,其中普遍存在如2、4偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况,使电压畸变更为复杂化,存在严重的电压闪变,功率因数低。
 
  SVC具有快速动态补偿、响应速度快的特点,它可向电弧炉快速提供无功电流并且稳定母线电网电压,最大限度地降低闪变的影响,SVC具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡,滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。
 
  (2)轧机及其他大型电机。轧机及其他大型电机对称负载引起电网电压降及电压波动,严重时使电气设备不能正常工作,降低了生产效率,使功率因数降低;负载在传动装置中会产生有害的高次谐波,主要是以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频,会使电网电压产生严重畸变。安装SVC系统可解决上述问题,保持母线电压平稳,无谐波干扰,功率因数接近1。
 
  (3)城市二级变电站(66kv/10kv):在区域电网中,一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功,改善功率因数,这种方式只能向系统提供容性无功,并且不能随负载变化而实现快速精确调节,在保证母线功率因数的同时,容易造成向系统倒送无功,抬高母线电压,危害用电设备及系统稳定性等问题。
 
  TCR结合固定电容器组FC或者TCR+TSC可以快速精确的进行容性及感性无功补偿,稳定母线电压、提高功率因数。并且,在改造旧的补偿系统时,在原有的固定电容器组的基础上,只需增加晶闸管相控电抗器(TCR)部分即可,用最少的投资取得最佳的效果,成为改善区域电网供电质量的最有效方法。
 
  (4)电力机车供电:电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重的“污染”,因电力机车为单相供电,这种单相负荷造成供电网的严重三相不平衡及较低的功率因数,目前世界各国解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装SVC系统,通过SVC的分相快速补偿功能来平衡三相电网,并通过滤波装置来提高功率因数。
 
  (5)矿用提升机:提升机作为大功率、频繁启动、周期性冲击负荷以及采用硅整流装置对电网造成的无功冲击和高次谐波污染等危害不仅危及电网安全,同时也造成提升机过电流、欠电压等紧停故障的发生,影响了矿井生产。因此对提升机供电系统进行无功动态补偿和高次谐波治理,对于提高矿井提升机和电网的安全运行可靠性、提高企业的经济效益意义巨大。
 
  提升机单机装机功率大,在矿井总供电负荷中占的比重较大。伴随煤矿生产规模的扩大、井筒的加深,要求配套的提升机装置容量也越来越大,单机容量已达到2000~3000kW,有的甚至达到5400kW,单斗提升装载量达34t。这么大的负载启动将对电网造成很大的冲击电流,无功电流成分较大,功率因数较低。所以大功率提升机对供电电网的容量和稳定性要求更高。
 
  其中大功率提升机主要的问题是:
 
  引起电网电压降低及电压波动;
 
  高次谐波,其中普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5等奇次谐波共存的状况,使电压畸变更趋复杂化;
 
  功率因数低;
 
  彻底解决上述问题的方法是用户必须安装具有快速响应速度的动态无功补偿器(SVC)。SVC系统响应时间小于lOms,完全可以满足严格的技术要求。
 
  (6)远距离电力传输:全球电力目前正在趋向于大功率电网,长距离输电,高能量消耗,同时也迫使输配电系统不得不更加有效,SVC可以明显提高电力系统输配电性能,这已在世界范围内得到了广泛的证明,即当在不同的电网条件下,为保持一个平衡的电压时,可在电网的一处或多处适合的位置上安装SVC,以达到如下目的:
 
  稳定弱系统电压、减少传输损耗
 
  增加传输动力,使现有电网发挥最大功率
 
  提高瞬变稳态极限
 
  增加小干扰下的阻尼
 
  增强电压控制及稳定性
 
  缓冲功率振荡
 
  (7)其他通用领域
 
  油田,水泥化工等领域
随着节能改造的有着较多的传动及变频调速等电力电子装置,其产生有害的高次谐波危害其他用电设备,导致用电效率降低,其他用电设备发热寿命降低。


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