探究配电网新型静止的无功补偿装置及其控制技术

探究配电网新型静止的无功补偿装置及其控制技术

苏子乐孙颖

（国网安阳供电公司河南安阳455000）

摘要：随着国民经济和科学技术的蓬勃发展，现代电网与负荷构成出现了新的变化趋势。大量冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等的运行使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，严重削弱和干扰电网的经济可靠运行，其社会影响和经济损失是相当严重的。因此迫切需要增设动态无功补偿装置，来提高电能质量。

关键词：配电网；静止；无功补偿装置；控制技术

引言

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可

1静止无功补偿装置概述

目前电力系统中应用最多、最为成熟的柔性交流输电技术设备是静止无功补偿器。它一般由晶闸管控制的电抗器和电容器构成，实现无功补偿的双向、动态调节，具有快速无功功率补偿控制功能能够对电压波动和闪变起到很好的抑制作用。它的类型有晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电抗器、晶闸管控制高阻抗变压器和饱和电抗器。它的特点是调节速度高、运行维护工作量小，可靠性较高。

2配电网无功补偿技术的研究现状

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。无功功率不平衡对电力系统的影响有无功功率的增加意味着无功电流的增大，会造成线路和设备的损耗增加，总电流增大会使电网中的元件，如发电机几变压器、电气设备及导线的容量增大，不利于投资成本的降低无功功率不足，会造成负荷端的供电电压降低无功功率过剩，会造成负荷端的供电电压升高对发电设备而言，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如果过度增加励磁电流，会使转子绕组超过允许温升。因此对电力系统进行适当的无功补偿，可以稳定电网电压，提高功率因数，提高设备利用率，减小网络有功功率损耗，提高输电能力，平衡三相功率，为系统提供电压支撑，提高系统运行安全性。

3配电网新型静止的无功补偿装置研究

电压等级6KV，容量士6000KVar静止无功补偿器装置的系统构成如图1所示。整个装置主要由主电路、工控机监测模块、控制器、通信系统、晶闸管触发与在线监测系统、保护系统、晶闸管冷却系统组成，其中装置保护系统和晶闸管冷却系统未画出。左上图片为晶闸管阀组及其冷却系统左下图片为工业控制计算机右上图片为电抗器右下图片为各次滤波器。

图1静止无功补偿装置框架图

4静止无功补偿控制技术分析

静止无功补偿作为负荷补偿，主要用来抑制冲击性负荷变化造成的电压波动和闪变、补偿负荷所需的无功电流，改善功率因数和补偿无功负荷的不平衡，降低谐波电流和谐波电压。随着负荷运行工况的不同，作为负荷补偿的静止无功补偿有时也要以维持电压恒定为控制目标。静止无功补偿复合控制方法是将前馈环节与反馈环节复合控制，将静止无功补偿电压控制、功率因数控制及三相不平衡控制复合，以实现多目标高精度的控制。静止无功补偿的复合控制依据了叠加原理，静止无功补偿器需要提供的电纳可以由两个部分叠加组成：

1）正序补偿器

即在正序电压下仅仅产生正序电流，用来提高系统的功率因数或者稳定公共连接点电压，称为正序补偿器

2）负序补偿器。

即在正序电压下产生负序电流，来抵消三相负荷的不平衡，称为负序补偿器。

二者所要提供的电纳之和即为静止无功补偿器所要补偿的电纳。具体的控制框图如图2所示。根据控制器的结构静止无功补偿复合控制器可以分为两个环节前馈环节。

1）前馈控制环节由负序电流补偿和功率因数校正所组成的开环控制器组成。其主要功能是前馈控制器“及时”的平衡不对称负荷和校正功率因数，实现快速稳定的调整。

2）反馈环节。反馈环节由电压闭环控制反馈环节和功率因数闭环控制反馈环节组成。反馈环节的目的是维持电压恒定。功率因数闭环控制反馈环节能够精确的跟踪功率因数的变化，弥补了前馈环节中由于补偿系统的非线性而造成的不能完全补偿的缺陷。

图2基于前馈一反馈复合控制的静止无功补偿不平衡负荷补偿方法框图

电压控制模式和功率因数控制模式由智能开关进行切换以解决负荷不同运行状态所引起的电能质量问题。而且这两种模式下都可以同时实现补偿负荷的不平衡。这里的电压控制取消了静止无功补偿电压一电流特性斜率设置，即静止无功补偿控制器的带电流反馈控制量。因为在负荷补偿时静止无功补偿的容量针对特定负荷设计，容量留有裕量不需要增大运行范围，即使有也可以通过调整参考电压的办法解决。此外静止无功补偿做不平衡补偿时，一般三相输出电流大小不同，甚至差别很大，那么电压一电流特性斜率设置己没有实际的意义。静止无功补偿在其可调范围内，当连接节点电压下降时，通过一定的控制规律，可以向系统提供无功支撑，达到维持系统电压稳定性的目的.

5结束语

静止无功补偿装置具有很多实用功能，一般说，需要对无功进行连续和快速控制的地方，都可以装设静止补偿器，可以改善电压调整，提高静态和动态稳定，减少电压闪烁以及减少电压和电流的不平衡。

参考文献：

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