【正文】 。這種方案對(duì)于公用變壓器比較多的網(wǎng)絡(luò)，投資成本很大。(1)本文提出的負(fù)序和無(wú)功的綜合補(bǔ)償方法,比單獨(dú)無(wú)功功率補(bǔ)償方法效果更好。 (2)現(xiàn)在大多數(shù)控制器是把需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率作為控制信號(hào),本文通過(guò)計(jì)算直接得到需要補(bǔ)償?shù)睦硐胙a(bǔ)償導(dǎo)納,并以此為基準(zhǔn)對(duì)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制,更加方便快捷。(3)采用TMS320LF2407A DSP芯片設(shè)計(jì)的數(shù)字化控制器,很好地解決了復(fù)雜控制計(jì)算及快速響應(yīng)速度這一難題。第2章 無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中作用及工作原理電力系統(tǒng)無(wú)功功率優(yōu)化是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)的自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。合理的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的確定以及補(bǔ)償容量的確定，能夠有效的維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低了電網(wǎng)的有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。為了改善和提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，充分發(fā)揮電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，減少網(wǎng)絡(luò)的功率損耗和電能損耗，一方面應(yīng)在用戶側(cè)采取措施提高負(fù)荷功率因數(shù)，另一方面還應(yīng)在電力系統(tǒng)的各變電站中合理配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和調(diào)壓裝置，使無(wú)功負(fù)荷得到就地補(bǔ)償，系統(tǒng)無(wú)功達(dá)到分區(qū)分電壓等級(jí)平衡狀態(tài)。因此，要做好無(wú)功電源規(guī)劃建設(shè)、加強(qiáng)無(wú)功控制和電壓管理，進(jìn)行合理的無(wú)功調(diào)度。電能在電網(wǎng)中的傳輸可以理解為功率潮流的流動(dòng)。功率潮流可分為有功潮流和無(wú)功潮流兩種。大量無(wú)功潮流在電網(wǎng)中的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的損耗，也影響電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量與穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。為了保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)盡可能地減少和避免不必要的無(wú)功潮流在電網(wǎng)中的流動(dòng)，優(yōu)化系統(tǒng)無(wú)功潮流的分布，隨時(shí)隨地維持無(wú)功功率的平衡。所謂電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡就是指電網(wǎng)運(yùn)行的每一時(shí)刻，所有無(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率要與所有負(fù)荷消耗的無(wú)功功率和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)上的無(wú)功功率損耗相等。系統(tǒng)中的無(wú)功電源包括同步發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等；系統(tǒng)中的無(wú)功損耗主要是指線路、變壓器、電氣設(shè)備中的無(wú)功損耗。從整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)講，只有具備足夠的無(wú)功電源來(lái)滿足負(fù)荷對(duì)無(wú)功功率的需求和系統(tǒng)的無(wú)功損耗才能維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平。如果系統(tǒng)的無(wú)功電源不足，則會(huì)使系統(tǒng)處于較低電壓水平上的無(wú)功功率平衡；反之，如果系統(tǒng)因?yàn)槿狈φ{(diào)節(jié)手段而使某段時(shí)間內(nèi)的無(wú)功功率過(guò)剩，就會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過(guò)高。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)電力的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)、電源的大幅增加和電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，可能造成系統(tǒng)的無(wú)功潮流分布不盡合理及局部地區(qū)的無(wú)功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時(shí)，也可能在電壓穩(wěn)定比較薄弱的環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的大部分負(fù)荷都是阻感負(fù)載，如：交流電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線、電抗器、非線性負(fù)載等等。在這些阻感性負(fù)載工作時(shí)就會(huì)和電網(wǎng)交換大量的無(wú)功功率。無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要有以下幾方面：增加設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的損耗無(wú)功潮流在電網(wǎng)中流動(dòng)會(huì)使線路發(fā)熱、加速老化、絕緣降低，增加設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的損耗。對(duì)于供電部門，網(wǎng)絡(luò)的損耗會(huì)增加其供電成本，給系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。對(duì)于用電單位，無(wú)功造成較低的功率因數(shù)會(huì)提高用電成本，引起終端電壓的波動(dòng)，降低了用電的穩(wěn)定性和可靠性。降低設(shè)備的有效容量由于電氣設(shè)備的視在功率是一定的，無(wú)功功率的輸送占用了設(shè)備、線路的有效容量，從而降低了設(shè)備的使用效率。對(duì)于供電部門來(lái)說(shuō)，造成了輸電、供電能力的損失；對(duì)于用電單位來(lái)講，造成了投資和資源的浪費(fèi)。影響電壓穩(wěn)定水平負(fù)荷點(diǎn)的電壓水平與無(wú)功功率平衡密切相關(guān)。如果系統(tǒng)不能向負(fù)荷提供足夠的無(wú)功功率，負(fù)荷的端電壓就會(huì)下降?？焖僮兓臒o(wú)功負(fù)荷還會(huì)造成電壓的劇烈波動(dòng)，使得系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定遭到破壞。對(duì)發(fā)電機(jī)的不利影響發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)的有功電源，同時(shí)也是主要的無(wú)功電源。當(dāng)無(wú)功負(fù)荷變化時(shí)，如果系統(tǒng)中其它無(wú)功電源不足以維持整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡，就需要發(fā)電機(jī)改變其運(yùn)行狀態(tài)來(lái)參與無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。由于原動(dòng)機(jī)的效率是按有功功率來(lái)衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，一旦發(fā)電機(jī)偏離額定工作狀態(tài)，無(wú)論是提高功率因數(shù)多發(fā)出有功、還是降低功率因數(shù)多發(fā)出無(wú)功，均會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的降低，不能使發(fā)電機(jī)得到充分的利用。配電網(wǎng)絡(luò)中感性負(fù)荷較多。從電工學(xué)中我們知道，感性無(wú)功功率的電流相位滯后于電壓相位，而容性無(wú)功功率的電流相位則超前電壓相位。故常用容性無(wú)功功率補(bǔ)償感性無(wú)功功率，以減少電網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷，也就是所謂的電動(dòng)機(jī)、變壓器吸收無(wú)功電流而并聯(lián)電容器“發(fā)出”無(wú)功電流的原因， 即并聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑?。電容從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率是超前電流引起的，電感電路從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率是滯后電流引起的。由于超前電流與滯后電流的互補(bǔ)作用，也就是電容性負(fù)荷的無(wú)功功率補(bǔ)償了電感性負(fù)荷的無(wú)功功率。當(dāng)電網(wǎng)容量一定時(shí)，使無(wú)功功率減少，從而達(dá)到了提高功率因數(shù)的目的。電力系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷是電感性的，這些感性負(fù)荷要消耗大量的無(wú)功功率，例如，感性電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率約占其總功率的6070%，變壓器約占其總功率的2025%，而空載運(yùn)行時(shí)。如果感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑挘瑒?shì)必由發(fā)電機(jī)來(lái)供給，即電器設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。大量的無(wú)功電流在負(fù)荷之間流動(dòng)，造成電網(wǎng)電能的消耗，降低電源的功率因數(shù)。因此，一般需要增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)電源的功率因數(shù)。并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償原理分析如下。假設(shè)電氣負(fù)荷是電阻和電感組成的并聯(lián)或串聯(lián)電路，對(duì)、電路進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，就需要對(duì)電路并接入容抗為的無(wú)功補(bǔ)償裝置，并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐啡鐖D21所示。圖21 并聯(lián)補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐穲D在圖21所示的電路中，電流方程為： (26)由可知，當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置不投入時(shí)，即不對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源即要向負(fù)荷提供有功電流，還要提供無(wú)功電流，電源向負(fù)荷提供的總電流人，當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，即對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源在向負(fù)荷提供有功電流的同時(shí)，提供無(wú)功電流為，電源向負(fù)荷提供的總電流，特別是當(dāng)時(shí)，電源不需要向負(fù)荷提供無(wú)功電流，功率因數(shù)等于1。一般情況下，這時(shí)可能的情況有兩種：當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的容抗較小，時(shí)，負(fù)荷中的感性無(wú)功電流沒(méi)有被完全補(bǔ)償，這時(shí)電源的滯后，這種補(bǔ)償稱為欠補(bǔ)償；當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的容抗較大，會(huì)出現(xiàn)的情況這時(shí)負(fù)荷中的感性無(wú)功電流被完全補(bǔ)償之后還有剩余容性電流，電源的超前，這種補(bǔ)償稱為過(guò)補(bǔ)償。對(duì)、串聯(lián)的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)碾娐啡鐖D21(b)所示。當(dāng)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置沒(méi)有投入時(shí)，支路的電流有效值為： (27)支路的電抗為： (28)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (29)當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，支路的電流保持不變，并聯(lián)補(bǔ)償裝置支路的電流有效值為： (210)補(bǔ)償裝置支路的電抗為： (211)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (212)由式(212)可知，投入并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，電源的功率因數(shù)將增大，特別是當(dāng)時(shí)，電源的功率因數(shù)為1。顯然，當(dāng)時(shí)，欠補(bǔ)償；當(dāng)時(shí)，過(guò)補(bǔ)償。電力網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有很多，同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器都可以用來(lái)補(bǔ)償無(wú)功或作為無(wú)功電源[15]。機(jī)械式投切的并聯(lián)電抗器和晶閘管可投切并聯(lián)電容器是目前我國(guó)常用的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備，這些靜止型調(diào)壓設(shè)備無(wú)功調(diào)節(jié)不連續(xù)，并且響應(yīng)速度慢(秒級(jí))，很難適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的快速變化。靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止無(wú)功發(fā)生器是20世紀(jì)70年代以來(lái)出現(xiàn)的先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，響應(yīng)速度快，運(yùn)行范圍寬，完全可以達(dá)到動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，但所需投資較大。同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是不帶機(jī)械負(fù)荷、空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。它從電網(wǎng)中吸取少量有功功率供給運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損耗和銅鐵等損耗。同步調(diào)相機(jī)有過(guò)激磁和欠激磁兩種運(yùn)行方式過(guò)激磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)提供感性無(wú)功功率，為無(wú)功電源，這是一種經(jīng)常的運(yùn)行狀態(tài)欠激磁運(yùn)行時(shí)，則從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，成為無(wú)功負(fù)荷，這是在系統(tǒng)負(fù)荷較輕，無(wú)功功率過(guò)剩，電壓過(guò)高時(shí)的特殊運(yùn)行狀態(tài)。只要改變同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁，就可以平滑地改變它的無(wú)功功率地大小及方向，因而可以平滑地改變所在地區(qū)的電壓。自20世紀(jì)30年代以來(lái)的幾十年中，同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)中作為有源的無(wú)功補(bǔ)償曾一度發(fā)揮著主要作用，所以被稱為傳統(tǒng)的無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊?。但由于其自身的?yōu)點(diǎn)，即在系統(tǒng)電壓降低時(shí)，靠維持或提高本身的無(wú)功處理能力，可以給系統(tǒng)提供緊急的電壓支撐，所以至今仍在高壓輸電系統(tǒng)中發(fā)揮作重要作用。另一方面其體積大、噪音高、維護(hù)不方便、造價(jià)高等原因，目前在中、低壓輸電區(qū)域，大部分己被并聯(lián)電容器組所取代。設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無(wú)功功率的傳統(tǒng)方法，目前在國(guó)內(nèi)外均獲廣泛應(yīng)用。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的方式按其安裝的位置不同，通常有三種： 變電站集中補(bǔ)償方式； 用戶集中補(bǔ)償方式； 用戶終端分散補(bǔ)償方式。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)，以并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其阻抗是固定的，故不能跟蹤負(fù)荷無(wú)功需求的變化，即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)無(wú)級(jí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。20世紀(jì)70年代以來(lái)，同步調(diào)相機(jī)開(kāi)始逐漸被靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator—SVC)所取代，目前有些國(guó)家己很少使用同步調(diào)相機(jī)。早期的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器(Saturated Reactor—SR)型的，1967年英國(guó)GEC公司制成了世界上第一批該型無(wú)功補(bǔ)償裝置 [16][17] 。電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置推上了無(wú)功補(bǔ)償?shù)奈枧_(tái)。1977年美國(guó)GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中演示運(yùn)行了晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。1978年此類裝置投入實(shí)際運(yùn)行。隨后，世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產(chǎn)品。近10多年來(lái)，占據(jù)了靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。于是靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，包括晶閘管控制電抗器(Thyristor Controlled ReactorTCR)和晶閘管投切電容器(Thyistor Switched CapacitorFC)，以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC)，或者TCR與固定電容器(Fixed CapacitorFC)或機(jī)械投切電容器(Mechanically Switched CapacitorMSC)合使用的裝置(即TCR++MSC)等。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，20世紀(jì)80年代以來(lái)，一種更為先進(jìn)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電路的無(wú)功補(bǔ)償，有人稱為靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Var GeneratorSVG)，也有人稱其為高級(jí)靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Advanced Static Var CompensatorASVC)或靜止調(diào)相器(Static Condenser—STATCON)。最近，日本和美國(guó)己分別有數(shù)臺(tái)裝置投入實(shí)際運(yùn)行[4]。早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是無(wú)源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或電抗器。這些補(bǔ)償措施改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗，無(wú)源裝置使用機(jī)械開(kāi)關(guān)，它不具備快速性、連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功能。SVC補(bǔ)償裝置可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無(wú)功元件，它依靠電力電子器件開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)。裝置作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)連續(xù)體調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率交換，同時(shí)還具有較快的響應(yīng)速度，它能夠維持端電壓恒定。表21為各種補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，表中指出了幾種補(bǔ)償裝置的應(yīng)用場(chǎng)所，對(duì)農(nóng)電網(wǎng)的來(lái)說(shuō)，由于其負(fù)荷比較分散,單處所需補(bǔ)償容量相對(duì)較小，故總的原則應(yīng)該是以電容器為主。因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單,容量大小組合靈活，安裝和維護(hù)方便,本身?yè)p耗低，單位投資省等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在電力網(wǎng)(特別是農(nóng)電網(wǎng))的無(wú)功補(bǔ)償中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。表21 各種補(bǔ)償裝置的比較補(bǔ)償裝置應(yīng)用場(chǎng)所主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)并聯(lián)電容器變電所及用戶安裝地點(diǎn)靈活，可分散也可集中安裝；容量可任意選擇；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制；功耗小調(diào)節(jié)容量階梯形變化，不連續(xù)；補(bǔ)償容量隨電壓變化而變化；對(duì)諧波有放大作用；投切時(shí)有沖擊電流；補(bǔ)償母線附近發(fā)生短路電流是助長(zhǎng)沖擊電流并聯(lián)電抗器高、中壓變電所及線路中點(diǎn)吸收線路容性無(wú)功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)容量固定，分組投切時(shí)，調(diào)節(jié)容量階梯性變化，不平滑靜止補(bǔ)償器高、中壓變電所能升高或降低電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，性能好，響應(yīng)速度快，僅有510ms產(chǎn)生諧波，投資大調(diào)相機(jī)大型變電所及大用戶可連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電壓，諧波少投資大，旋轉(zhuǎn)裝置維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度較慢第3章 無(wú)功補(bǔ)償容量和位置優(yōu)化的計(jì)算在電力市場(chǎng)條件下，供電電壓質(zhì)量是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，而供電質(zhì)量的好壞主要取決于電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理。對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功電源的合理配置和對(duì)無(wú)功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，是維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段，同時(shí)還可以降低有功和無(wú)功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)控制變量使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。武功優(yōu)化能使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性很好的結(jié)合在一起。在傳統(tǒng)運(yùn)行條件下，電力系統(tǒng)