文档介绍：SVG技术及市场前景分析
一、无功补偿的发展与背景
随着现代工业和电力电子的迅速发展,大量具有运行功率因数低、非线性、非对称性和冲击性等特点的工业用电设备和民用设备接入配电网中。由此造成了电网系统电压波动,电压三相不平衡,影响了其他用电设备的正常运转和用电的经济性,使得电能质量问题日益严重。
在电力系统中,由于电感和电容的存在,系统中不仅存在着有功功率,而且还存在着无功功率。无功功率是在电源和储能元件之间来回交换的变动功率,无功功率并不是无用功率,而是电能传输和转换过程中建立电磁场和提供电网稳定不可缺少的功率之一。电力系统网络元件的阻抗主要是感性的。而越来越多的大型工业设备对于电网来说也呈现出感性的负载特性。因此负载消耗的无功功率会导致送电端和受电端的电压有一定的差值。这个电压降落将会使电网的视在功率增大,对整个电网系统造成如下的负面影响:
(1)电网总电流增加,从而使变压器、电器设备、导线等容量增大,因而使初期投资费用增大。在传送同样有功功率的情况下,总电流的增大,使设备和线路的损耗增加。
(2)电网的无功容量不足,会造成受电端的供电电压过低,影响正常工业和生活用电;反之,如果无功容量过剩,会造成受电端供电电压过高,如果供电电压长期高于额定电压的话,会缩短用电设备的使用寿命。
(3)降低了电网的功率因数,造成大量的电能损耗。理想电网的功率因数为1,所有的功率都做了有用功,,电能中的一半都做了无用功。
(4)对于电力系统的发电设备来说,无功电流的增大,对发电机转子的去磁效应增加,电压降低,如过度增加励磁电流,则使转子绕组超过允许温升。为了保证转子绕组的正常运行,不允许发电机达到预定的出力。此外原动机的效率是按照有功功率来衡量的,当发电机发出的视在功率一定时,无功功率的增加,会导致原动机效率的相对降低。
同一等级电压的电网中,电压高低直接反映本级电网中的无功平衡,是电能质量的重要考核指标。为使负载在额定电压下正常运转,这个差值越小越好。合理的方法就是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率,这就是无功补偿。这样从整个系统外边来看它们合起来消耗的无功功率为零。无功补偿对于供电系统和负载运行都是十分重要的。无功补偿的主要作用和意义有:
(1)提高供用电系统及负载的功率因数,低压就地无功补偿后,,。从而可以降低设备容量,减少功率损耗。
(2)稳定受电端及电网电压,提高供电质量,改善输电系统稳定性,提高输电能力。在电路中的电能损失与线路中传输的有功功率、无功功率以及线路本身的电阻和电抗成正比,补偿以后对于线路来说无功功率减小了,因而电压跌落就减小了,电能质量就提高了。
(3)在电气化铁道等三相不平衡的场合,采用分相补偿的方法,通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及负载。
2、无功补偿发展现状
在配电网中的无功补偿设备从最早的电容器开始,历经了电容器、同步调相机、静止无功补偿器(Static pensator,SVC),直到静止无功发生器(SVG)几个不同阶段,:
图示无功补偿装置的发展
(1)无功补偿电容器的优点是原理简单,安装、运行维护都很方便。但是,它只能补偿感性无功,且不能连续调节,无法实现无级补偿,电容只能全部投入或切除,只能补偿固定的无功功率,即使通过投切组数来改变这个固定值,这种改变也是阶梯型的,更重要的是它有负电压效应,当电网电压下降时,电容器上的补偿电流相应下降,使补偿的无功量急剧下降,系统电压下降更大。在系统有谐波时,还可能发生并联谐振,使谐波电流放大,甚至造成电容器的烧毁。
(2)同步调相机(Synchronous Condenser,SC)是传统的无功功率补偿装置,其无功输出可以通过调节励磁电流而连续控制。当同步调相机接入交流电网中后,在欠励磁的情况下其行为类似于电抗器,从交流电网中吸收无功功率;而在过励磁情况下,其作用类似于电容器,向交流电网注入无功功率。正常运行时,同步调相机的机端电压等于系统电压,励磁电流为基准电流,此时同步调相机处于浮空状态,与系统没有无功功率交换。自二三十年代以来的几十年来,同步调相机在电力系统无功功率控制中一度发挥着主要作用。然而它的损耗和噪声大,运行维护复杂以及响应速度慢,所以很多情况下已经无法适应快速无功功率补偿的要求。
(3)早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor,SR)型的。这种补偿器是由一个多相的谐波补偿自饱和电抗器与一个可投切电容器并联组成。饱和电抗器对无功功率进行控制,而电容器提供超前功率因数的偏置。简单的铁心饱和电抗器不能作为补偿器来使用,因为它会导致电压电流波形的严重畸变。饱和电抗器的谐波通过采用特殊设计