期刊发表网电话

全国热线
022-83699069

浅析无功补偿技术的现状及发展趋势

作者: 发布时间:2020-01-21 15:12:02 阅读: 51 次

摘要:在低压供电系统中采用合理方式对用电设备进行滤波和无功功率的补偿,具有多方面的意义。它不仅可以提高线路传输效率、抑制谐波,同时能够稳定电网电压、提高电能质量。本文主要探讨了无功补偿技术,介绍了相关的研究热点及发展趋势。

关键词:供电系统;无功补偿技术;电网电压

 

1.引言

为了维持电力系统的运行稳定性和经济性,无功补偿是一种必要手段。一旦无功功率不平衡,电网电压就会波动,供电质量下降;输电系统稳定性受影响,输电能力相应降低;负载和输电系统的功率因数下降,设备能量损失增加。因此必须在系统出现无功功率失衡时予以必要的补偿。

在如今的电力系统中,轧钢机、电弧炉、铁路电气系统一类的设施无功功率变化频繁,再者大功率变频变流装置也会产生巨大的无功功率冲击;而且,诸如计算机、机器人、作业流水线对供电稳定性和供电质量都有高要求。因此,研究快速、动态无功补偿技术迫在眉睫。

 

2.无功补偿技术的发展现状

当前,就地补偿技术和集中补偿技术广泛应用于国内电网。前者多用于负荷稳定的场合以及不可逆的大功率异步电动机补偿(如风机、水泵的原动机),其他场合多采用集中补偿技术。以下是几种常用补偿设备:

2.1同步调相机

同步调相机由来已久,多对高压侧进行集中补偿。在某些特定场合,同步调相机仍有少量应用。

2.2静止补偿技术

静止补偿器能够不间断、迅速控制无功功率,即通过发送或吸收无功功率来控制受控输电系统的节点电压。

静止补偿器价格低廉、维护简单,目前在国内仍有大量应用。静止补偿器经过多年的研究发展衍生出诸多类型,比较具有前景的有自饱和电抗器、可控硅控制电抗器和直流助磁饱和电抗器。根据不同的连接安装方式,可控硅控制电抗器可分别与固定电容器或可控硅开关操作电容器配合使用。

在当前的电网中,由电磁交流接触器控制的电容和电抗得到大量使用,这种补偿技术不能根据无功功率的波动做出及时调整,因此是静态的。该装置将电磁交流接触器设为投切开关,由于电容器承受浪涌能力有限、电容器分级、接触器操作频率以及使用寿命、放电时间等因素的制约,常出现以下弊端:

1)只能实现有级定时补偿,精度低,有一定滞后性,无法适应外负载变化频繁的场合;静态补偿器受到交流接触器频率和寿命限制,一般均设置半分钟左右的投切延时时间。对于变化周期大于30秒的稳定负荷,这类补偿装置效果较好,但对于像电梯、起重机、电焊机这类变化频繁的外负载,静态补偿器的使用效果较差。

2)投入电容器时存在涌流。目前存在三中配置方案,即:接触器加电抗器;容性接触器;金属化电容器,它们分别存在能力损耗大、事故率高、使命寿命短等缺点。在低压电容器领域,金属自愈式电容器应用最多,但其引线喷金属断面的涌流承受力有限。因此,电容器受涌流大小和频率的影响更大。

(3)运行噪声大,工作人员操作条件恶劣。

4)接触器线圈充当受控负载,在投切时容易产生火花,影响补偿器寿命和稳定性。

2.3静止同步补偿器

又称静止无功发生器(SVG),采用自换相变流器藉由电源逆变技术提供超前或滞后无功补偿。相比SVC,调节速度快、谐波含量小、占地面积小,不需要大容量储能元件,在系统电压不足时有较强的无功调节能力。此外,SVG用铁和铜较少,补偿特性好,发展潜力巨大。

 

3.无功补偿器发展趋势

3.1无涌流电容投切器

该装置采用智能控制策略,将双向可控硅和磁保持继电器并联作为投切开关。在电压过零瞬间可控硅率先导通;切除后电磁保持继电器先断开,可控硅延迟断开,实现电流过零切除。电容投切器在接通断开瞬间使得可控硅开关无涌流,在正常工作时能量损耗低。在投切电容过程中不发热、分断无高压、无火花、故障率低。如果结合单片机智能控制,同时对可控硅、继电器和电源负载的运行状况进行实时侦测,可完成无功功率的分析,达到过压、欠压保护以及存储显示功率因数的作用。

该装置的缺点是造假昂贵,但仍具有以下不可忽略的优良特性:

1)允许频繁操作且无涌流;

2)动态跟踪时间在0.02s~2s内可调;

3)以编码循环方式均匀使用电容,使用寿命有保证;

4)保护功能多种多样,欠相保护、过压保护、谐波超限保护均能实现;

5)发热小,功耗低,不用外加散热装置,布置简单,达到了节能降耗的要求。

基于上述优点,无涌流电容投切技术在无功功率补偿领域可谓风头正劲。

 

3.2电力有源滤波器

APF能实现对大小频率都变化的谐波和变化的无功进行补偿,根据直流储能元件的不同,分为电压型和电流型两种。目前得到应用的绝大多数仍是电压型。并联型有源滤波器占据多数。电流检测电路和补偿电流发生电路构成有源滤波系统的两大部分,电力检测电路从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流,然后调整其极性,发出补偿电流的指令信号。

但是,该装置仍存在单台容量低、电流含高次谐波、造价高等缺点。但随着大容量、高频半导体器件的发展,这类无功补偿装置的应用前景值得期待。

4.综合潮流控制器

UPFC将一个交流电压(来自晶闸管换流器)叠加在输电线电压上,使其幅值和相角连续变化,实现无功功率调节,输送能力强,系统振荡小。西屋电气研制出一种类似SVG的潮流控制器,基本结构类似,但实现了UPFC的功能,造价远低于UPFC,功能优于SVG。国内不少高校也对潮流控制器做了大量研究,证实了其优良的无功补偿特性。

 

结语

综合当今的各种技术潮流,SVG的研究积累最深厚,已逐渐占据无功功率补偿领域的头把交椅。针对当今的一些技术问题,还要在实时信号快速检测、主电路构成优化精简、系统过载保护、谐波抑制和算法优化上下功夫。应该说,未来的无功补偿技术将更加经济有效,具有更高的性价比。

 

参考文献

[1] 曹晓东.无功功率补偿装置在港口供电系统中应用[J].港口科技.2009(6).

[2] 黎志文.电网谐波与无功功率综合补偿方式的原理和控制策略[J].广东科技.2009(6)