靜止無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展
2023.03.04
電力系統(tǒng)中，常見的無功控制方法有同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器和靜止無功補(bǔ)償裝置等，這里主要討論靜止無功補(bǔ)償裝置。
靜止無功補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)歷了3代：第1代為機(jī)械式投切的無源補(bǔ)償裝置，屬于慢速無功補(bǔ)償裝置，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較早，目前仍在應(yīng)用;
第2代為晶閘管投切的靜止無功補(bǔ)償器(SVC)，屬無源、快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，國(guó)外應(yīng)用普遍，我國(guó)目前有一定應(yīng)用，主要用于配電系統(tǒng)中，輸電網(wǎng)中應(yīng)用很少;
第3代為基于電壓 源換流器的靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)，亦稱ASVG，屬快速的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，國(guó)外從20世紀(jì)80年代開始研究，90年代末得到較廣泛的應(yīng)用，我國(guó)的個(gè)STATCOM示范應(yīng)用工程已經(jīng)在河南電網(wǎng)投運(yùn)。
早期的無功補(bǔ)償裝置主要是無源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或者電抗器。這些補(bǔ)償措施改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗。無源裝置使用機(jī)械開關(guān)，它不具備快速性、反復(fù)性、連續(xù)性的特點(diǎn)， 因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功能。
無功補(bǔ)償
20世紀(jì)70年代以來，以晶閘管控制的電抗器(TCR)、晶閘管投切的電容器(TSC)以及二者 的混合裝置(TCR+TSC)等主要形式組成的靜止無功補(bǔ)償器(SVC)得到快速發(fā)展。SVC可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無功元件，它依靠電力電子器件開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)。SVC作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)可以連續(xù)調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進(jìn)行無功功率交換，同時(shí)還具有較快的響應(yīng)速度， 它能夠維持端電壓恒定。 SVC雖然能對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行有效的補(bǔ)償，但是由于換流元件關(guān)斷不可控，因而容易產(chǎn)生較大 的諧波電流，而且其對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的調(diào)節(jié)能力不夠理想。
隨著大功率全控型電力電子器件GTO、IGBT及IGCT的出現(xiàn)，特別是相控技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)、四象限變流技術(shù)的提出使得電力電子逆變技術(shù)得到快速發(fā)展，以此為基礎(chǔ)的無功補(bǔ)償技術(shù)也得以迅速發(fā)展。靜止同步補(bǔ)償器，作為FACTS家族重要的成員，在美國(guó)、德國(guó)、日本、中國(guó)相繼得到成功應(yīng)用。電壓型的STATCOM直流側(cè)采用直流電容為儲(chǔ)能元件，通過逆變器中電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓。當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)，STATCOM可 以看成一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源通過電抗器聯(lián)到電網(wǎng)上。由于STATCOM直流側(cè)電容僅起電壓支撐作用，所以相對(duì)于SVC中的電容容量要小得多。此外，STATCOM和SVC相比還擁有調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更廣、欠壓條件下的無功調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)諧波含量和占地面積都大大減小。
