國家能源局發(fā)布的2011年7月全社會用電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國全社會用電量為4 349億千瓦時，同比增長11.8%，與此同時部分省市依然面臨幾十萬乃至幾百萬千瓦的電力缺口。伴隨著供電量的增加，電網(wǎng)建設的速度明顯滯后，網(wǎng)絡損耗的問題日益突出。我國中壓配電網(wǎng)基本以10 kV為主,而10 kV配電網(wǎng)的網(wǎng)絡損耗最大，改造的潛力也最大。無功補償裝置能有效地達到平衡電網(wǎng)中的無功、提高系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)中無功儲備、防止電壓崩潰、保障電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗，是電網(wǎng)能夠安全運行不可缺少的部分，也是提高中壓輸配電網(wǎng)絡經(jīng)濟性和保障可靠運行的一種經(jīng)濟實用的技術手段。動態(tài)補償技術是解決電壓跌落問題的最終途徑。

1 無功補償裝置的概述
    無功補償裝置從原理上說是電網(wǎng)中呈容性或感性的元件，它是由電容器組及其配套設備（投切元件、檢查及保護元件）連接而成的一個整體，對系統(tǒng)進行無功功率補償、電壓控制的裝置。
    早期無功補償裝置FC補償容量固定，而且可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振，目前在無功補償項目中已不再使用。隨著柔性輸變電元件的廣泛應用和智能電網(wǎng)的興起，SVC和SVG得到越來越多的關注[1]。上世紀70年代起以晶閘管投切電容型（TSC型SVC）及晶閘管投切電容器-晶閘管控制電抗器型（TSC-TCR型SVC）[2-3]為主要形式的靜止無功補償器SVC(Static Var Compensator)在工業(yè)領域和電網(wǎng)領域中得到廣泛應用。這類無功補償裝置采用晶閘管串聯(lián)控制技術，損耗小、速度快、控制靈活。TSC型SVC只能提供容性電流，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，無諧波產(chǎn)生且損耗較小，但它不能對沖擊性負荷引起的電壓閃變進行很好的抑制。TCR+FC型SVC運行可靠、價格便宜，但由于TCR在工作中產(chǎn)生的感性無功電流會被固定電容中的容性無功電流平衡,會造成器件和容量的浪費。TCR+TSC型SVC存在的問題是晶閘管單管耐壓較低,且其控制方法復雜，價格昂貴。20世紀80年代出現(xiàn)了一種更為先進的靜止無功補償裝置,即靜止無功發(fā)生器SVG(Static Var Generator)。SVG分為電壓型和電流型橋式電路兩種。SVG產(chǎn)生諧波少,無功調(diào)節(jié)能力強,占地面積小，但是控制比較復雜，而且成本比較高，技術不完全成熟，目前仍處于研究試用中。各種無功補償裝置性能對比如表1所示。

2 國內(nèi)外中高壓無功補償裝置應用現(xiàn)狀
    國外生產(chǎn)研制SVC的公司有ABB、SIEMENS、AREVA等。而國內(nèi)公司主要有鞍山榮信、南瑞繼保、西電科技等。首先從國際范圍來講，目前在國外SVC技術已經(jīng)相當成熟并取得廣泛的工程應用，SVG裝置作為一種比SVC在動態(tài)補償上表現(xiàn)更良好的先進補償裝置已經(jīng)開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并應用于工程領域，ABB生產(chǎn)的PCS 6000STATCOM適合安裝在風電場中，使風電符合電網(wǎng)連接的規(guī)范，或為公用電網(wǎng)提供快速動態(tài)無功功率補償器,已在英國東南部的小切恩（Little Cheyne Court）風電場投運成功。SVG由于價格比較高，還不能完全取代SVC在動態(tài)補償領域的作用[4]。
    國內(nèi)2004年鞍山紅一變100 Mvar SVC示范工程開始了國產(chǎn)SVC裝置在電網(wǎng)中的應用。榮信電力（RXPE）生產(chǎn)的SVC通過德國TUV、歐盟CE以及瑞士SGS ISO9001等國際認證，采用國際標準生產(chǎn)，并且SVC裝機數(shù)量超過750套，位居世界第一。榮信電力（RXPE）生產(chǎn)的SVG綜合了ABB和Mitsubishi的優(yōu)點，功率單元采用二極管嵌位的三電平變流器，然后通過升壓變壓器并聯(lián)于電網(wǎng)上。當前國內(nèi)電壓等級最高、容量最大的靜止無功補償系統(tǒng)為龍泉桃鄉(xiāng)500 kV變電站SVC系統(tǒng)——擁有兩套額定輸出容量為2×180 Mvar，電壓等級為66 kV的靜止無功補償裝置。
3 我國中壓無功補償裝置的現(xiàn)狀
    電網(wǎng)無功功率調(diào)節(jié)是靠無功裝置來實現(xiàn)的，因此無功補償裝置運行是否可靠，技術條件能否滿足電網(wǎng)的要求是值得分析和討論的。事實上，SVC比SVG在電網(wǎng)的輸配電系統(tǒng)中應用更廣,比例大概為6.7:1[5]。所以SVC仍是目前中壓無功補償裝置的主導產(chǎn)品。
    當前中壓無功補償裝置主要存在以下問題：(1)功能簡單、聯(lián)網(wǎng)能力薄弱、抗干擾能力差、控制精度低；(2)從投切電容和調(diào)節(jié)變壓器的判據(jù)來講，利用在線測量的功率因數(shù)與整定的功率因數(shù)比較的原理來確定，在這種情況下投切電容器難免會引起電流、電壓的波動，既影響供電質(zhì)量，又降低設備壽命；(3)目前的大多數(shù)中壓無功補償裝置仍采用普通開關來進行投切，易引起很大的涌流及操作過電壓，同時開關在大的電流下觸頭也容易發(fā)生燒損。
    就目前情況而言，SVC技術雖然已經(jīng)發(fā)展比較成熟，但仍具有一定的發(fā)展空間。目前很多廠家對中壓無功補償裝置做了改進和提高，現(xiàn)從電力電容器、控制方式、投切元件三方面對裝置進行分析。
3.1 電力電容器
    通常無功補償裝置質(zhì)量的優(yōu)劣取決于補償用的電容器。我國電力電容器制造業(yè)發(fā)展始于20世紀50年代，電容器作為一種重要的無功電源，在電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)和功率因數(shù)調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要作用。它是電力系統(tǒng)并聯(lián)無功補償、串聯(lián)補償、諧波濾波裝置的核心器件。高壓自愈式電容器由于具有安全防爆和環(huán)境保護的作用，目前被廣泛使用。表2所示為我國目前電力電容的主流產(chǎn)品。

3.2 控制方案

    無功補償控制器是無功補償裝置的核心部分，從過去單一的控制電容器投切，發(fā)展到根據(jù)用戶的負荷狀況和電網(wǎng)的運行參數(shù)，進行并聯(lián)電容器的自動投切控制，以達到合理補償及減少電能損耗的目的。
3.2.1 控制器內(nèi)的主控芯片
    20世紀80年代出現(xiàn)了以8051單片機為核心的無功補償裝置，適用于一般用電負荷，功能實用，性價比高，但很難滿足復雜控制算法的要求。DSP芯片的產(chǎn)生實現(xiàn)了實時采集的目的，它適用于沖擊性負荷，反應速度快，適用于多種場所，但其接口太少不易擴展。近年來出現(xiàn)了專用電能計量芯片與微控制器的組合，適用于要求較高的場所，反應速度快，降低了軟硬件設計的復雜度，還提高了系統(tǒng)采樣和計算的精度。而當前采用雙CPU的控制系統(tǒng)逐漸成為趨勢，一個CPU負責各回路電壓電流的采集，另一個CPU負責人機交互、遠程通信與實時控制，兩者并行顯著提高系統(tǒng)的處理能力，同時能最大限度地避免涌流的出現(xiàn)。
3.2.2 IEC61850在控制器中的應用
    IEC61850是關于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的國際標準，目的是使變電站內(nèi)不同廠家的智能電子設備之間通過一種標準實現(xiàn)互操作和信息共享，實現(xiàn)變電站無縫通信。IEC61850協(xié)議的制定，極大地推動了數(shù)字化變電站的建設。通過對中壓無功補償裝置建立面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?，使之具備良好的互操作性，以減少重復投資和降低維護成本，有效解決目前中壓無功補償裝置聯(lián)網(wǎng)薄弱的問題。
3.3 投切元件（永磁真空開關）
    目前市場上中壓無功補償裝置的投切器件大部分采用晶閘管和復合開關兩種，其投切的平穩(wěn)度和使用壽命、能耗難以兼顧。因此,提高無功補償設備運行的可靠性、壽命和降低能耗最關鍵的問題是選用合適的投切器件。
    晶閘管容易受涌流的沖擊而損壞，此類裝置結(jié)構(gòu)復雜、價格高、可靠性差、損耗大，除了在負荷頻繁變化的場合使用，其他場合幾乎沒有使用價值。復合開關是晶閘管與機械開關的組合，因此不適用于頻繁投切，同時復合開關結(jié)構(gòu)復雜，價格較高。而基于永磁機構(gòu)的真空同步開關克服了傳統(tǒng)開關無法實現(xiàn)精確控制的缺陷，具有高可靠性、長壽命、免維護等優(yōu)點，在中壓領域得到越來越廣泛的應用。幾種投切開關性能比較如表3所示。

    SVC因其成本較低，且承受的功率較SVG高，智能型SVC能解決傳統(tǒng)無功補償裝置產(chǎn)生的涌流、過電壓、干擾等問題，能節(jié)約30%~40%的成本和維護費用，且使用壽命延長3~5倍。應用有源濾波器進行諧波抑制、應用柔性交流輸電系統(tǒng)技術進行無功功率補償、同時遵循IEC61850協(xié)議適用于數(shù)字化變電站。因此，應用新技術的智能型SVC將成為這一領域的發(fā)展趨勢，在我國電力系統(tǒng)中具有很高的推廣應用價值。
參考文獻
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