【文章內(nèi)容簡介】 償后無功負(fù)荷的減少，負(fù)載降低，相應(yīng)的增加了變壓器的富余容量，提高了輸出能力。 輸電系統(tǒng)中的無功功率控制 為了使輸電網(wǎng)運(yùn)行在指定的電壓范圍內(nèi)，增加或減少無功功率，即所謂的武功功率控制是必須的。交流電網(wǎng)以及接在交流電網(wǎng)上的電氣一旦通電，就會產(chǎn)生一個與所加交流電壓相關(guān)的時(shí)變電場，同時(shí)也會產(chǎn)生一個與所流經(jīng)電流相關(guān)的時(shí)變磁場。當(dāng)這些電場和磁場建立起來時(shí)，能量就被儲存起來，而當(dāng)這些電場和磁場消失 時(shí)，能量就被釋放出來。除去電阻性元件中的能量消耗，所有能量耦合設(shè)備，包括變壓器和能量轉(zhuǎn)換裝置，都是根據(jù)它們儲存和示范能量的能力來運(yùn)行的。 14 對于圖 所示的交流電路，從電壓源流到負(fù)荷 Z∠φ的瞬時(shí)功率可以由瞬時(shí)電壓 ?和瞬時(shí)電流 i 計(jì)算得出 ip ?? ， 在穩(wěn)態(tài)時(shí)， )c o s (m a x tV ?? ? ， )cos(m ax ?? ?? tIi ，因此 tVItVItIVp ??????? 2s i ns i n)2c os1(c os)]2c os ([c os2 m a xm a x ?????? 其中， V 和 I 分別是 ? 和 i 的防均根值（ rms）。 式 可以用圖形來表示，如圖 所示。式 包含有兩個倍頻（ ?2 ）分量，第一相的平均值為 ?cosVI ，其倍頻分量的峰值為 ?cosVI ，這一個平均值就是從 電源流向負(fù)荷的有功功率 P；第二個倍頻分量的峰值就是無功功率。 為了產(chǎn)生所需要的耦合電場和磁場，無功功率是必須的。它是電路中電壓和電流負(fù)載的一個組成部分，但它不產(chǎn)生平均功率消耗。事實(shí)上無功功率是所有交流電網(wǎng)的一個重要組成部分。在大功率電網(wǎng)中，有功功率和無功功率的單位為別為兆瓦（ MW）和兆乏（ MVar）。圖 展示了一個常用的功率三角形。 SQVPIφφP ， QVV ∠ 00SZ ∠ φ a c 0 0 15 0 b 圖 交流電網(wǎng)中的電氣參數(shù) 電磁型設(shè)備將能量儲存在他們的磁場中，這些設(shè)備吸收滯后的電流，從而產(chǎn)生正直的 Q，因此通常被稱為無功功率吸收器。靜電型設(shè)備將能量儲存在電場中，這些設(shè)備吸收超前的電流，從而產(chǎn)生負(fù)值的 Q，因此被看作是無功功率的發(fā)生器。 并聯(lián)補(bǔ)償 無源的無功補(bǔ)償器包括串聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器和電容器。并聯(lián)裝置可以永久性的與系統(tǒng)相連接或通過開關(guān)與系統(tǒng)相連接。并聯(lián)電抗器用來補(bǔ)償線路電容，由于他們能夠控制空載或輕載時(shí)的過電壓，通常被永久性的連接在線路上，而不是連接在母線上。圖 所示為連接在長距離高電壓交流輸電線路上并聯(lián)電抗器的接線方式。很多電力公司通過斷路器來連接并聯(lián)電抗器，從而在負(fù)荷時(shí)可以將它們切除，因而比較靈活。并聯(lián)電抗器通常是有空氣間隙的電抗器，有時(shí)是空心電抗器。 并聯(lián)電容器用來提高輸送能力和補(bǔ)償線路上的無功電壓降落，由于電容器在開斷后仍然會保持 相當(dāng)長時(shí)間的充電狀態(tài)，直到具有大時(shí)間常數(shù)的放電回路給他放電為止，因此在電容器開斷時(shí)，斷路器應(yīng)當(dāng)能承受大于 2pu 的過電壓。此外，并聯(lián)電容器的加入會形成高頻諧振電路，從而導(dǎo)致系統(tǒng)某些母線上的諧波過電壓。 16 圖 雙向高壓長距離交流輸電線路的兩個分段 串聯(lián)補(bǔ)償 串聯(lián)電容器被用來部分抵消線路串聯(lián)電感的作用。串聯(lián)補(bǔ)償可以提高線路的最大輸送能力。最終的效果為：在給定的輸送功率下游較小的功率角，從而有較高穩(wěn)定裕度。線路吸收的無功功率依賴于線路 電流，一次采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償時(shí)，其無功補(bǔ)償量會自動與線路電流成正比的調(diào)整。此外，由于串聯(lián)補(bǔ)償有效的減小了整條線路的電抗，因此線路的總電壓將隨著負(fù)荷的變化將不如原先敏感。 在兩點(diǎn)之間具有多條潮流通路的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，帶串聯(lián)補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路可以成為主要的潮流通路。串聯(lián)補(bǔ)償可以由補(bǔ)償度來定義：例如， 1pu 的補(bǔ)償度就表示線路的等效串聯(lián)電抗值為零。但是，串聯(lián)補(bǔ)償在實(shí)際應(yīng)用中的上限為 線路無源補(bǔ)償?shù)囊粋€影響是感性并聯(lián)補(bǔ)償會造成線路在超同步頻率諧振，而容性串聯(lián)補(bǔ)償會造成線路在此同步頻率諧振。次同步諧振會造成連接于串 補(bǔ)線路上的汽輪發(fā)電機(jī)組出問題。這些機(jī)組的結(jié)構(gòu)是多氣缸與發(fā)電機(jī)大軸連接在一起，從而組成了一個多質(zhì)量塊彈性耦合的機(jī)械系統(tǒng)，這一系統(tǒng)呈現(xiàn)處多個低頻率的扭轉(zhuǎn)振蕩模式。為了提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行，應(yīng)避免任意一個扭轉(zhuǎn)振蕩模式被處于次同步諧振的輸電系統(tǒng)所激發(fā)。 對輸送功率的影響 考慮串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)總會將它與并聯(lián)補(bǔ)償相比較，而通過對一個簡單系統(tǒng)的分析就能基本了解并聯(lián)和串聯(lián)補(bǔ)償對輸送能力的影響。 考察圖 所示的短距離對稱輸電線路。在無功補(bǔ)償并設(shè) sV = rV =V 時(shí)，功率方程為 2c os22s inXVs inXVP 1212 ??? ?? 由電壓的向量方程和圖 的向量圖可得 17 2sinX2VI 11 ?? 2/X I 2/X I ??sV 2/Vm ?? 0r 0V ? 2/? ??? VV s II XjIII 0r 0VV ?? a 2/X I 2/X I ??? VVs 0r 0V ??IX?? II II ??II II ?? )X)(XIj ( I IIII ???? 0r 0VV ????? VVs b 圖 短距離對稱線路的串聯(lián)補(bǔ)償 如果通過插入一個串聯(lián)電容器來控制線路的等效電抗，并使線路的端電壓保持不變，那么，線路電抗 IX? 的變化就會導(dǎo)致線路電流 I? 的變化，即 1111211 xXIX2s inX2VI ??????? ? 因此，根據(jù)式 可得，輸送功率的相應(yīng)變化為 1212 X2c os22s inXVP ???? ?? 利用式 和式 2. 19，式 可以寫成 ）（ 211 IX22 ta n1P ???? ? 由于 1X?? 時(shí)由串連電容器加入 的電抗，因此 211IX? = seQ? 就表示串聯(lián)電容器發(fā) 18 出的功率值。故 22tan1QPse ???? 重新考察圖 所示的短路距離對稱線路，在線路的中點(diǎn)加上并聯(lián)電容器使并聯(lián)電納增加 cB? ， 如圖 所示。 2/X I2/X I ??? VVs 0r 0VV ???II cI?0r 0VV ????? VVs 2/Vm ??cB? Vm2/? Ic /? 圖 2. 4 中點(diǎn)電容補(bǔ)償?shù)亩叹嚯x對稱線路 對于圖示系統(tǒng)，如用線路中點(diǎn)電壓來描述輸出功率，其表達(dá)式我為 2sin2XVVP1m ?? 因此由電壓增量 mV? 引起的功率增加 P? 為 m1 V2sinX2VP ??? ? 同樣如圖 所示 cmc BVI ??? 在線路中點(diǎn)的并聯(lián)電容器中的電流 cI? 。改變了線路送端和受端的電流值 2III 2III c11rc11s ?????? 由 2/XjIVV 11rrm ?? ，因此 19 c1m1cm B4XV4XIV ????? 將式 的結(jié)果代入式 ，可得 cm B2sin2VVP ??? ? 如果線路中點(diǎn)電壓近似等于 )2/(Vcos ? ，由于并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)臒o功功率增量為 c2msh BVQ ??? ，因此 2tan21QPsh ???? 2. 26 比較式 和式 ，可以推出對應(yīng)短線路上相同的功率輸送增量，存在關(guān)系 2shse )2(tan ???? 假設(shè)運(yùn)行的功率角為 030?? ，可以得到串聯(lián)補(bǔ)償 seQ? 和并聯(lián)補(bǔ)償 shQ? 的容量比為 ，即 %。 ASVG裝置的基本原理 .１ ASVG 的工作原理 如圖 2－ 5 所示為 ASVG 的工作原理示意圖，其中直流側(cè)為儲能電容，為 ASVG提供直流電壓支撐，逆變器通常由多個逆變橋串聯(lián)或并聯(lián)而成，其主要功能是將直流電壓變換為交流電壓， 而交流電壓的大小、頻率和相位可以通過控制逆變器中可關(guān)斷器件的驅(qū)動脈沖進(jìn)行控制，連接變壓器將 逆變器連接變壓器sUtK:1dE 1UI電力系統(tǒng)+ 20 注 入 系 統(tǒng) 的 電 流 超 前注 入 系 統(tǒng) 的 電 流 滯 后相 當(dāng) 于 電 感相 當(dāng) 于 電 容XX?I?I ?sU?sU?1U?1U s1 UU ?s1 UU ? 圖 2－ 5 ASVG 裝置調(diào)節(jié)無功的原理示意圖 逆變器輸出的電壓變換到系統(tǒng)電壓，從而使 ASVG 裝置可以并聯(lián)到電力系統(tǒng)中。連接變壓器本身的漏抗可以由于限制電流，防止逆變器故障或系統(tǒng)故障時(shí)產(chǎn)生過大的電流。整個 ASVG 裝置相當(dāng)于一個電壓大小可以控制的電壓源。 設(shè) ASVG裝置產(chǎn)生的歸算到系統(tǒng)側(cè)的空載相電壓為 IU? ，系統(tǒng)相電壓為 sU? ，連接電抗為 X，則 ASVG 裝置輸出的電流為 jXUUI sI??? ?? 228 因此， ASVG 裝置輸出的單相視在功率為 jX UUUIUS sIss???????? ??? 229 通常情況下， ASVG 裝置 只吸收很小的有功 功率或不吸收有功功率，因此其產(chǎn)生的電壓 IU? 與系統(tǒng)電壓 sU? 的相位相同，因此 ASVG 裝置輸出的單相無功功率為 UX UU)jX UUU(Im)S(ImQss1sIs ?????????? 230 當(dāng)控制 ASVG 裝置產(chǎn)生的電壓小 于系統(tǒng)電壓即 s1 UU? 時(shí)， ASVG 裝置相系統(tǒng)輸出的無功功率Ｑ〈０，此時(shí) ASVG 裝置相當(dāng)于電感；當(dāng)控制 ASVG 裝置產(chǎn)生的電壓大于系統(tǒng)電壓即 s1 U U? 時(shí)， ASVG 裝置相系統(tǒng)輸出的無功功率Ｑ〉０，此時(shí) ASVG裝置相當(dāng)于電容。由于 ASVG 裝置產(chǎn)生的電壓 IU?