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电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性负荷,这些感
性负载在实际运行中,均需向电源索取滞后无功,实现能量的转换,带动
设备做功。为了补偿这部分滞后的消耗,比较普遍的方法是电容器并联补
偿方式。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后,可以提供感性负
载所消耗的无功功率,减少了电网电源无功负担。由于减少了无功功率在
电网中的流动,因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损
耗,这就是无功补偿。
等效电路如图所是:
SVC工作原理
SVC是用以晶闸管为基本元件的固态开关替代了电气开关,实现快速、
频繁地以控制电抗器和电容器的方式改变输电系统的导纳。SVC的显著
特点是能快速,连续地对波动性负荷进行补偿,有效地抑制系统电压波动
和闪变,同时滤除系统中的高次谐波,并通过分相调整并改善系统的三相
平衡度。
下面以TCR型SVC为例,
SVC装置的类型
静止无功补偿装置一般专使用晶闸管的无功补偿设备,主要有三种类型:
一类是具有饱和电抗器的静止无功补偿装置(SR:SaturatedReactor);第二
类是晶闸管控制电抗器(TCR:ThyristorcontrolReactor)、晶闸管投切电容
器(TSC:ThyristorSwitchCapacitor),这两种装置统称为SVC(StaticVar
compensator);第三类是采用自换相变流技术的静止无功补偿装置——高
级静止无功发生器ASVG(ASVG:AdvancedStaticVarGenerator)。以下分
别作介绍:
(1)具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR)
饱和电抗器分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种,相应的无功补偿
装置也就分为两种。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身
固有的能力来稳定电压,它利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功
率的大小。可控饱和电抗器通过改变控制绕组中的工作电流来控制铁心的
饱和程度,从而改变工作绕组的感抗,进一步控制无功电流的大小。
但是由于这种装置中的饱和电抗器造价高,约为一般电抗器的4倍,并
且电抗器的硅钢片长期处于饱和状态,铁心损耗大,另外这种装置还有振
动和噪声,而且调整时间长,动态补偿速度慢,由于具有这些缺点,所有
饱和电抗器的静止无功补偿器目前应用的比较少。
(2)晶闸管控制电抗器(TCR)
两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联,其单相原理图如图所示。其三
相多接成三角形,
这样的电路并入到电网中相当于
交流调压器电路接电感性负载,
此电路的有效移相范围为90°
~180°。当触发角α=90°时,
晶闸管全导通,导通角δ=180°
,此时电抗器吸收的无功电流最大。
根据触发角与补偿器等效导纳之间的关系式:
由上式可知。增大触发角即可增大补偿器的等效导纳,这样就会减小补偿
电流中的基波分量,所以通过调整触发角的大小就可以改变补偿器所吸收
的无功分量,达到调整无功功率的效果。
由于单独的TCR只能吸收无功功率,而不能发出无功功率,为了解决此
问题,可以将并联电容器与TCR配合使用成无功补偿器。构成构静止无
功补偿器(TCR+FC)。这种具有TCR型的补偿器反应速度快,灵活性
大,目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。
(3)晶闸管投切电容器(TSC)
为了解决电容器组频繁投切的问题,TSC装置应运而生。其单相原理图
如图所示。两个反并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开,
串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。
TSC的关键技术问题是投切电容器时刻的选取。经过多年的分析与
实验研究,其最佳投切时间是晶闸
管两端的电压为零的时刻,即电容
器两端电压等于电源电压的时刻。
此时投切电容器,电路的冲击电流
为零。这种补偿装置为了保证更好
的投切电容器,必须对电容器预先
充电,充电结束之后再投入电容
器。
TSC补偿器可以很好的补偿系统所需的无功功率,如果级数分得足够细
化,基本上可以实现无级调节。但TSC对于抑制冲击负荷引起的电压闪变,
单靠电容器投入电网的电容量的变化进行调节是不够的,所以TSC装置一
般与电感相并联,其典型设备是TSC+TCR补偿器。这种补偿器均采用三
角形连接,以电容器作分级粗调,以电感作相控细调,三次谐波不能流入
电网,同时又设有5次谐波滤波器,大大减小了谐波。
(4)新型静止无功发生器(ASVG)
ASVG根据直流侧采用电容和电感两种不同的储能元件,可以分为电压
型和电流型两种,如图所示。图示的原理图为电压型补偿器,
如果将直流侧的电容器
用电抗器代替,交流侧
的串联电感用并联电容
代替,则为电流型的
ASVG。
原理:
控制器从电网采集所需电量,通过AD转换为数字量,计算出需要补偿
的功率,然后转换为IGBT桥控制信号,由控制器发出高速切换的PWM
信号来控制IGBT桥的开关,从而为负荷提供无功和谐波功率,变压器无
需再提供负荷所需要的无功和谐波功率。装置可以理为解一种功率源,它
可以提供负荷所需要的无功和谐波功率,达到清洁电网、降低损耗、提高
电能质量的目标。