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        淺析電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)

        2012-12-31 00:00:00劉曉東

        【摘要】當(dāng)前,在農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造建設(shè)中都需要無功率補(bǔ)償裝置,無功率補(bǔ)償更廣泛的應(yīng)用于工礦、醫(yī)療、科研、油田、煤礦、港口、小區(qū)等需要低壓無功快速補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩簟2捎秒娏﹄娙萜鬟M(jìn)行無功率補(bǔ)償是節(jié)能降損、改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最方便、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。國內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補(bǔ)償技術(shù)主要是集中補(bǔ)償與就地補(bǔ)償技術(shù)。就地補(bǔ)償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定,不可逆且容量較大的異步電動機(jī)補(bǔ)償(如風(fēng)機(jī)、水泵等),其它各種場合仍主要采用集中補(bǔ)償技術(shù)。本文簡述我國電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及目前電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償存在的問題,提出今后我國無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的方向:無功功率動態(tài)自動無級調(diào)節(jié),諧波抑制。

        【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償技術(shù);作用;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

        無功功率補(bǔ)償裝置的主要作用是:提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù),減少設(shè)備的功率損耗,穩(wěn)定電壓,提高供電質(zhì)量。在長距離輸電中,提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力,平衡三相負(fù)載的有功和無功功率等。

        1.我國電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

        近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展,電力行業(yè)也得到快速發(fā)展,特別是電網(wǎng)建設(shè),負(fù)荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網(wǎng)中無功功率不平衡,導(dǎo)致無功功率大量的存在。目前,我國電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式:

        (1)同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)屬于早期無功補(bǔ)償裝置的典型代表,它雖能進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償,但響應(yīng)慢,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償,目前很少使用。

        (2)并補(bǔ)裝置:并聯(lián)電容器是無功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置,但電容補(bǔ)償只能補(bǔ)償固定的無功,盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無功的動態(tài)變化,但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級的無功調(diào)節(jié),不能實現(xiàn)無功的平滑無級的調(diào)節(jié)。

        (3)并聯(lián)電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外,用以抑制過電壓。

        以上幾種補(bǔ)償方式在運(yùn)行中取得一定的效果,但在實際的無功補(bǔ)償工作中也存在一些問題:

        (1)補(bǔ)償方式問題:目前很多電力部門對無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)就地補(bǔ)償,不向系統(tǒng)倒送無功,即只注意補(bǔ)償功率因素,不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。

        (2)諧波問題:電容器具有一定的抗諧波能力,但諧波含量過大時會對電容器的壽命產(chǎn)生影響,甚至造成電容器的過早損壞;并且由于電容器對諧波有放大作用,因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。

        (3)無功倒送問題:無功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的,特別是在負(fù)荷低谷時,無功倒送造成電壓偏高。

        (4)電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來的問題:有些無功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的,線路電壓的波動主要由無功量變化引起的,但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的,這就可能出現(xiàn)無功過補(bǔ)或欠補(bǔ)。

        2.無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢

        國家大力倡導(dǎo)建立節(jié)約型社會,從國家到地方已經(jīng)明確下達(dá)了各種節(jié)能指標(biāo)。節(jié)能、節(jié)電事業(yè)正在蓬勃的發(fā)展,這是一股強(qiáng)大的潮流。在所有的電力節(jié)能產(chǎn)品中,首先要提到的就是無功率補(bǔ)償裝置在我國有著巨大的潛在市場。2009年,一系列的經(jīng)濟(jì)振興計劃給電力電子行業(yè)帶來了很多機(jī)會,主要供方和用方兩方面。供方主要對用戶的補(bǔ)貼上,另外,在這個政策的拉動下,企業(yè)也降低了成本的壓力,地方政府的政績和節(jié)能降耗的水瓶已經(jīng)掛鉤,國家和地方政府補(bǔ)貼能達(dá)到30%以上。今年來,國家無功率補(bǔ)償市場發(fā)展極其迅猛,產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量有了大幅度的提升,相當(dāng)一部分優(yōu)勢企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步,以及節(jié)能降損管理的加強(qiáng)等,引發(fā)了許多領(lǐng)域?qū)o功率補(bǔ)償?shù)男枨蟆?/p>

        近20年來,世界各地(包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯等國)發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視,持續(xù)了72小時的8.14美加大停電給美國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。這次事故提醒人們,電網(wǎng)運(yùn)行要有足夠的無功備用容量,無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸,在電力市場環(huán)境下,必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵獨(dú)立發(fā)電商和運(yùn)營商從維護(hù)整個系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。

        早期的無功率補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器,多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要的補(bǔ)償方式,應(yīng)用范圍廣泛,只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補(bǔ)償器的實質(zhì)是同步電機(jī),當(dāng)勵磁電流發(fā)生改變時,電動機(jī)可隨之平滑的改變輸出無功電流的大小和方向,對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處,但同步補(bǔ)償器成本高,安裝復(fù)雜,維護(hù)困難,使其推廣使用受到限制。

        隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,無功率補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個工業(yè)用品閘管出現(xiàn)之前,電子半導(dǎo)體由于功率過小,在直流傳動,交流傳動,電磁合閘,交流不間斷電源盒無功率補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。品閘管的電力電子器件不斷的問世,由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革,如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電子電力技術(shù)對無功率補(bǔ)償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展契機(jī)。

        無功率補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有一下三個方面:

        (1)是作為投切電容器開關(guān)。因為電力半導(dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時間短(ps級),所以能夠選擇電容的投切角度,實現(xiàn)零電壓投切,避免了涌流的產(chǎn)生,提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性?,F(xiàn)代并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中的輸回路就引進(jìn)了該技術(shù)。

        (2)是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。由于電力電子器件的高開關(guān)頻率,使其能夠方便的控制電容器電流的導(dǎo)通角,從而實現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié),快速跟蹤負(fù)載無功的變化,靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。

        (3)是引入電力電子變流技術(shù),將變流器作為無功電源來調(diào)節(jié)無功的輸入和輸出,起到補(bǔ)償負(fù)載無功的作用。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機(jī)和有慮源波器。

        3.總結(jié)

        本文對無功率補(bǔ)償技術(shù)的作用、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢多了較為詳細(xì)的介紹,不僅有節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用,同時還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力,改善電壓質(zhì)量,減少用戶電費(fèi)開支,延緩用戶增容改造等作用。

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