高压静止无功补偿测试研究.doc

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安徽工业大学工商学院

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1.绪论
1.1选题背景及意义
电力系统的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备；如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。
传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定不能动态的跟踪负荷无功功率的变化；而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，而且还不适用于太大或太小的无功补偿。所以这些设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。20世纪70年代以来，随着研究的进一步加深出现了一种静止无功补偿技术。这种技术经过20多年的发展，经历了一个不断创新、发展完善的过程。所谓静止无功补偿是指用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使其具有吸收和发出无功电流的能力，用于提高电力系统的功率因数，稳定系统电压，抑制系统振荡等功能。目前这种静止开关主要分为两种，即断路器和电力电子开关。由于用断路器作为接触器，其开关速度较慢，约为10～30s，不可能快速跟踪负载无功功率的变化，而且投切电容器时常会引起较为严重的冲击涌流和操作过电压，这样不但易造成接触点烧焊，而且使补偿电容器内部击穿，所受的应力大，维修量大。
无功功率对供电系统和负荷的运行都十分重要。电力系统为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这可以在相当范围内实现；为了输送无功功率，则要求两端电压又一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数电力系统的网络元件消耗无功功率，大多数的负载也需要消耗无功功率。他们所需要的无功功率必须从网络中的某个地方获得。显然，这些无功功率如果全由发电机提供并经过长距离输送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。
我国电网建设和运行中，长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。电气化铁路、电弧炉、轧机、矿井提升机等冲击性负荷使得电网无功功率不平衡，将导致系统电压的波动、闪变，严重时会导致用电设备损坏，出现系统电压崩溃和稳定性被破坏事故。因此无功功率补偿对电力系统十分重要。
无功补偿的作用主要有以下几点：
1．提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减小功率损耗。
2．稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路的合适地点设置动态无功补偿装置可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
3．在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡
三相的有功及无功功率。
随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR、GTO等的出现，将其作为投切开关，速度可以提高500倍（约为10μs），对任何系统参数，无功补偿都可以在一个周波内完成，而且可以进行单相调节。现今所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型，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（StaticVarCompensator）；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：AdvancedStaticVarGenerator）。
1.2无功补偿装置的发展历程
并联无功补偿电容器是传统的无功补偿装置，其阻抗是固定的，不能跟随负荷无功需求的变化，也就是不能实现对无功功率的动态补偿，最大的优点是费用节省。而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越大，并联无功补偿电容器显然不能满足需求。
传统的无功功率动态补偿装置是同步调相机(SynchronousCompensatorSC)。它是用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的感性或容性无功功率。自20世纪二三十年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统无功功率控制中一度发挥主要作用。由于它是旋转电机，损耗和噪声都较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求。
早期的静止无功补偿装置(StaticVarCompensator,SVC)是饱和电抗器(SaturatedReactor，SR)型的