李歡

【摘 要】隨著由電力電子器件組成的電氣自動化控制系統(tǒng)的廣泛應用和容量的不斷增加，給供電網絡和其他用電設備帶來的電網污染和公害也日益顯著。因此，在設計或構成一個大型的電氣自動化控制系統(tǒng)時，必須考慮諧波治理、功率因數及無功功率補償的問題。該文以TCR型SVC裝置為例系統(tǒng)介紹了SVC的工作原理及其在煤礦供電系統(tǒng)中的選型設計方法，以供同行探討。

【關鍵詞】無功補償；濾波裝置；供電系統(tǒng)

0.前言

由于電力電子器件的非線性和波形非正弦的特點，由電力電子器件組成的電氣自動化控制系統(tǒng)的電源側電流不僅含有基波，還包含豐富的諧波，電控系統(tǒng)在整個運行期間功率因數偏低（一般在0.2～0.8之間），同時由于起動時無功沖擊大，電網電壓波動較大，電壓波動問題更加突出。這些都會給電網的安全經濟運行帶來不利影響，同時也會對接入該供電網絡中的其他用電設備帶來一些不利影響甚至危害，下面就此問題筆者結合自身經驗進行探討。

1.目前國內無功補償裝置的應用情況

對于供電系統(tǒng)的無功補償，傳統(tǒng)上只用濾波裝置實現。但對于負荷變化較頻繁，尤其是煤礦供電系統(tǒng)，若僅裝設諧波濾波裝置，由于其無功補償是恒定的，因此就造成了在母線負荷重的時候，無功功率的補償不足，而在負荷輕的時候，無功又倒送回電網。使母線電壓升高。我國目前對無功的考核采用“反轉正計”的方法，即吸收無功和反送無功均累計無功電度，造成功率因數更低。

針對目前電力負荷特點，國內外對動態(tài)無功補償技術都進行了研究，主要類型分為如下幾種：

（1）靜止型動態(tài)無功補償裝置（SVC）。該裝置為晶閘管控制電抗器+濾波裝置（TCR+FC）方式。其功能具有平滑調節(jié)無功補償容量、系統(tǒng)響應速度快，并能綜合治理諧波，普遍應用在煤礦系統(tǒng)、冶金行業(yè)、電力系統(tǒng)和電氣化鐵路等。

（2）分組投切電容器方式。真空接觸器（或斷路器）投切方式，投切時開關觸頭間會產生電弧，因電容回路的通斷過程中會產生較高的操作過電壓和沖擊電流。觸頭間易產生電弧重燃，對開關及電容器安全運行產生較大的影響。

（3）磁閥式補償方式。裝置由補償電容器和并聯可調電抗器組成，通過高阻抗電抗器磁通的調節(jié)，使其與并聯電容器中多余的容性無功容量平衡。這是自飽和電抗器補償方式的一種變型產品，因其損耗大，運行成本高，調節(jié)速度慢，補償范圍有一定的限制，屬于淘汰技術。

2.無功沖擊對電網安全經濟運行的影響

（1）使供電系統(tǒng)母線電壓產生波動，降低了機電設備的運行效率。

（2）大量無功使系統(tǒng)功率因數較低，浪費大量電能。變流設備自然功率因數較低，一般只有0.7左右，造成供配電系統(tǒng)的電能損耗增加，發(fā)配電設備的利用率下降，企業(yè)的電費支出增加，影響企業(yè)經濟效益。

（3）諧波電流對電氣設備的危害。

變流設備產生的大量諧波電流和無功沖擊會對用戶本身及電網用電設備造成較嚴重的電壓波動和諧波污染。這不僅帶來運行隱患，威脅電網的安全穩(wěn)定運行，還會給其他電氣設備的運行帶來不利影響。

3.煤礦用SVC裝置的原理與應用

3.1可調相控電抗器（TCR）產生連續(xù)變化感性無功的基本原理

u為交流電壓，Th1、Th2為2個反并聯晶閘管，控制這兩個晶閘管在一定范圍內導通，則可控制電抗器流過的電流i和u的基本波形，故

a為Th1和Th2的觸發(fā)角，則有

i的基波有效值為：

式中

V——相電壓有效值；

ωL——電抗器的基波電抗。

因此，可以通過控制電抗器上串聯的兩只反并聯晶閘管的觸發(fā)角來控制電抗器吸收的無功功率的值。

3.2 SVC系統(tǒng)的組成及控制原理

TCR型SVC系統(tǒng)的基本組成如圖1：

（1）恒無功控制，保證功率因數及抑制電壓波動。SVC連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定的容性無功功率QC，通過相控電抗器的電流決定了從相控電抗器輸出的感性無功值QTCR，感性無功與容性無功相抵消，只要QN（系統(tǒng)）=QV（負載）-QC+QTCR=恒定值（或0），功率因數就能保持恒定，電壓幾乎不波動。最重要的是精確控制晶閘管觸發(fā)，獲得所需的電抗器電流。采集的進線電流及母線電壓經運算后得出要補償的無功功率，計算機發(fā)出觸發(fā)脈沖，光纖傳輸至脈沖放大單元，經放大后觸發(fā)晶閘管，得到所補償的無功功率。

（2）采用STEINMETZ理論進行分相調節(jié)，抑制負序電流。不平衡有功可通過在其它兩相的無功元件來產生平衡電流。當不平衡負荷中每相間負荷既有有功Pab、Pbc、Pca，又有無功Qab、Qbc、Qca時，相間無功可用角接補償電納來補償，不平衡有功可以用另外兩個相間電納來平衡。

4.結語

經過各類方案的綜合比選，適合工廠供電系統(tǒng)的無功補償方案可選擇技術先進的靜止型動態(tài)無功補償裝置（SVC），即晶閘管控制電抗器（TCR+FC）方案。近年來，隨著國內需求的高漲，在國家的大力支持下，國內TCR型動補已逐步實現了國產化，極大地降低了TCR型動補的生產成本；同時，熱管自冷技術已經成功地應用于大功率晶閘管的散熱中，實現了動補的免維護運行，提高了系統(tǒng)可靠性。

【參考文獻】

[1]王克文，謝志棠，史述紅，楊宛輝.基于概率特征根分析的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數設計[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，（11）.

[2]謝小榮，崔文進，陳遠華，韓英鐸.多機電力系統(tǒng)中STATCOM與發(fā)電機勵磁的協調控制[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，（01）.

[3]戚慶茹，焦連偉，嚴正，倪以信，陳壽孫，吳復立.統(tǒng)一潮流控制器的動態(tài)相量建模與仿真[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，（15）.

[4]陳輝祥，王仲鴻，崔文進，陳志剛，夏祖華.廣東電網電壓穩(wěn)定研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，（07）.

[5]盛戈皞，江秀臣，涂光瑜，羅毅.基于多Agent的二級電壓緊急優(yōu)化控制方法[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2005，（05）.

[6]彭飛進，陳金富，戴堂云.FACTS元件的動態(tài)特性分析[J].電力自動化設備，2000，（05）.

[7]常勇，徐政，王超.基于Matlab的電力系統(tǒng)分析工具包PSAT及其有效性檢驗[J].電力自動化設備，2007，（07）.