1.無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展史

 

    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，目前也仍在應(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，國外應(yīng)用普遍，我國目前有一定應(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。

 

    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。

 

    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。

 

    2. 國內(nèi)外電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

 

    我國電網(wǎng)中目前使用最為廣泛的補(bǔ)償裝置是機(jī)械投切的并聯(lián)電容器組。為滿足調(diào)壓要求，在低壓供電網(wǎng)絡(luò)中裝設(shè)了大量的并聯(lián)電容器組，在中壓配電網(wǎng)絡(luò)中裝設(shè)了少量的并聯(lián)電容器組。20世紀(jì)70年代初，武漢鋼鐵公司在1.7 cm軋機(jī)工程中進(jìn)口了由比利時(shí)直流勵(lì)磁飽和電抗器與日本電容器組成的靜止補(bǔ)償裝置后，國內(nèi)才對(duì)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償問題引起了重視。自20世紀(jì)80年代以來，我國對(duì)晶閘管控制的SVC投入了大量研發(fā)力 量，目前已有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但高壓大容量產(chǎn)品仍主要依靠進(jìn)口。

 

    目前，我國輸電系統(tǒng)中一共有5地6套大容量SVC投入使用，它們分別被裝設(shè)在廣東江門、湖南云田、湖北鳳凰山(2套)、及遼寧沙嶺的500 kV變電站中。此類SVC多為進(jìn)口，其中有3套是ABB公司的產(chǎn)品。高電壓等級(jí)下SVC面臨的最為嚴(yán)重的問題是電容器爆炸，如廣東江門500 kV變電站中SVC運(yùn)行5年后并聯(lián)電容器爆炸，湖南云田500 kV變電站中SVC自1988年以來發(fā)生了4次電容器組爆炸事故。

 

    在380 V~10 kV配電系統(tǒng)中，近年來主要采用無平滑調(diào)節(jié)功能的TSC實(shí)現(xiàn)分級(jí)無功補(bǔ)償。

 

    SVC在大型工礦企業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用尤為突出，武漢鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司、 寶山鋼鐵公司、濟(jì)南鋼鐵公司、張家港沙鋼鐵公司、天津鋼管公司等均裝有該補(bǔ)償裝置。如濟(jì)南鋼鐵公司中厚板廠二期工程在35 kV母線上就安裝了由西門子公司設(shè)計(jì)制造的一套容量為25 Mvar的 SVC，2001年底 帶負(fù)荷一次投運(yùn)成功。

 

    從國際范圍來講，目前SVC已得到普遍的應(yīng)用。SVC出現(xiàn)早，應(yīng)用時(shí)間長，僅ABB公司，其目前在全世界投運(yùn)的SVC就已超過370套，ABB與西門子兩個(gè)公司已安裝的SVC總?cè)萘考s為9萬Mvar(包括已退役裝置)。據(jù)ABB公司2001的統(tǒng)計(jì)，目前全世界SVC的投運(yùn)容量超過32 000 Mvar。