静止无功补偿器全名为静止无功功率补偿器(SVC),属于柔性交流输电系统范畴的无功功率电源。目前常用的有晶闸管控制电抗器(TCR)型,晶闸管开关电容(TSC)型和饱和电抗器(SR)型三种。
静止无功补偿器是电网控制无功功率的装置,它根据无功功率的需求自动补偿。SVC可以从电网吸收或向电网输送可连续调节的无功功率,维持装设点的电压恒定,有利于电网的无功功率平衡。由于静止无功补偿器具有控制快速、维护简单、效果显著等优点,因此正在电力系统中得到广泛应用。静止无功补偿器中的静止是指它没有机械运动部件,与同步调相机相比SVC是完全静止的设备。但它的补偿是动态的,根据无功的需求或电压的变化自动跟踪补偿。静止无功补偿系统中的各种无功补偿器都是用无功器件产生无功功率,并根据需要调节为容性或感性,这种调节可能采用连续调节或投切功能。静止无功补偿器的另外一个特点是能够连续地投切和频繁地动作。对于系统中平衡无功功率或不变动的无功功率常采用传统的电容器补偿,而变动的部分采用动态补偿。通过补偿无功的不动部分和动态的静补结合起来,形成静止无功补偿(SVC)器。
尽管静止无功补偿器是动态的无功补偿,但对于电力系统来说,静止无功补偿器不仅仅限于无功功率本身,而直接与系统电压相关,在维持电压稳定、消除电压波动和闪烁方面也有很大作用。首先静止无功补偿器可以提高稳定极限值,在故障中和故障后,电压的过分下降和升高将减小系统的同期化功率,并且因电压的变动而损失大量负荷,导致系统失去功率动态平衡和恢复稳定的能力。经过快速调压,极大地改善了故障中和故障后的系统电压和局部电压水平,增加系统的稳定极限。在故障和负荷电流急剧增高的瞬间,电压调节用SVC系统对瞬时无功功率快速进行补偿,对电压的支撑及抑制电压崩溃的趋势起到显著作用。
柔性交流输电系统(FACTS)是世纪80年代末期美国电力研究院(Electric Power Research Institute,EPRI)的Narain G.Hingorani博士提出的概念,FACTS装置的目的是通过利用大功率电力电子器件的快速响应能力,实现对电压、有功潮流、无功潮流的平滑控制,从而在不影响系统稳定性的前提下,提高系统传输功率能力,改善电压质量,达到最大可用性、最小网损、最小环境压力、最小投资和最短的建设周期的目标。
SVC是FACTS的一种,它是相对于调相机而言的一种利用电容器和各种类型的电抗器进行无功补偿的装置。1967年,第一批静止无功补偿装置在英国制成;1977年,美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了使用晶闸管控制的静止无功补偿装置;1978年,西屋电气公司(Westing House Electric Corp)在美国EPRI的支持下,将使用晶闸管控制的静止无功补偿装置投入实际运行。随后,国际上各大公司如瑞士的勃朗·鲍威利公司、瑞典通用电气公司、美国的通用电气公司及西屋公司、日本的富士公司等都开发了不同类型的静止无功补偿技术,推出了自己的系列产品。近10年来,随着电力电子器件和计算机控制技术的发展,使用晶闸管技术的SVC相比于早期的静止无功补偿装置显示出了优越的性能,在世界范围内得到了广泛的应用,并占据了静止无功补偿装置的主导地位。根据提供无功的性质和方式,将静止无功补偿装置可分为六种组合方式,固定电容、固定电感、可变电容、可变电感、固定容性加可变电感、可变电容加可变电感,而通常所指的SVC是指后两种组合方式。(www.xing528.com)
目前,世界上SVC安装的总容量已经超过了93000MVA,装设于超高压输电系统的SVC已有200多台。我国目前已经有5个500kV变电站安装了6套大容量的SVC,容量大概为105~180Mvar。这些SVC装置分别被安装在广东江门、湖北武昌凤凰山(2套)、湖南株洲云田、河南郑州小刘沟以及东北沙窝变电站中,每套设备的售价都在150~275万美元(当时价位)不等。我国目前已经能够自主生产配电网用SVC,35kV及其以下的SVC已实现了国产化,但35kV以上的高电压等级、大容量的SVC产品在国内依然被ABB、Alstom、Siemens以及日本东芝等大型跨国公司所垄断。国内一些生产SVC的公司主要有中国电科院、西电公司、西电科技以及荣信电力电子有限公司等,他们都是最早一批引进SVC和技术的国内企业,共同推动了SVC及技术在我国的发展。1994年,作为原电力部重大科技攻关项目,由河南省电力局和清华大学共同研制的±20Mvar的STATCOM于1995年实现并网运行,使中国成为世界上第四个拥有大容量静止无功补偿器的国家。2003年8月,被列入国家“十五”重大技术装置研究计划的鞍山红一变100Mvar SVC示范工程,于2004年9月成功投运,这标志着我国拥有自主知识产权的输电系统SVC技术已经进入了实用化阶段。
随着对SVC科学研究的深入以及SVC的广泛应用,目前已经有很多关于SVC的研究开展了从SVC的无功补偿方法、调节控制方式到在电力系统不同情况下的应用情况分析等各方面的研究。
随着国民经济的不断发展、电力负荷的迅速增长和负荷特性的变化,电网自身平衡能力和无功/电压的支撑能力正逐渐降低,电压支撑能力变差,电压运行水平变低,电压稳定问题会越来越突出。因此,对SVC在提高电网电压稳定性方面的作用展开研究,具有重要的意义。
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