无功补偿技术的发展.doc

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SVG动态补偿与无功补偿技术发展简述

概述：
根据《 供 配电系统设计规范》GB50052-9 5规定:第5.0.4条无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算的方法确定。第5.0.10条接在负载控制设备侧电容器的额定电流，不应超过负载励磁电流的0. 9倍，其馈电线和过电流保护装置的整定值，应按负载一电容器组的电流确定。按照上述分析及国家标准规定，无功补偿的发展是一个必然的趋势，同时电力电子的发展应用也促进了无功补偿和谐波治理设备的发展。

第一篇 无功补偿的发展历程
无功功率补偿装置在供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素无功。
无功补偿经过20多年的发展，经历了一个不断创新、发展完善的过程。目前的技术按照无功补偿发展主要分成三个阶段：

第一代无功补偿设备：
通过调节电容补偿：
1、固定补偿。电容器、电抗器和隔离开关组成；
2、分组投切。利用真空开关分组自动投切的补偿装置；

第二代无功补偿设备：
1 通过调压调容（VCQV/TSC）的方式进行无功补偿。
根据Q=2πfCU2改变电容器端电压来调节无功输出，实现自动补偿
2 通过调节电感（MCR/TCR）抵消容性无功的方式（SVC）进行无功补偿.
根据感性无功来抵消容性无功的方式满足系统无功需求,实质上就是一个过补再吸收的过程。

第三代无功补偿设备：
动态无功补偿兼谐波治理装置：
SVG动态无功补偿兼谐波治理设备，通过调节逆变器输出电压的幅值和相位，迅速吸收和发出感性和容性无功。

第二篇、几种补偿技术的介绍
概述：无功补偿按无功补偿的发展可分三个阶段的技术
1、 调节电容组数补偿分组自动投切。

2、 第二代无功补偿设备大体分两类。
2.1 调压调容式补偿方式：根据Q=2πfCU2改变电容器端电压来调节无功输出，实现自动补偿。
2.2 通过调节电感（MCR/TCR）抵消容性无功的方式（SVC）进行无功补偿.
根据感性无功来抵消容性无功的方式满足系统无功需求,实质上就是一个过补再吸收的过程。

3 、 动态无功补偿装置：SVG动态无功补偿兼谐波治理设备等。

一、 调节电容的无功补偿方式：
传统的固定补偿由电容器、电抗器和隔离开关组成，有些甚至电抗器也不配，因无功功率是不断根据负载情况在不断的变化，因此固定补偿技术也时刻处于过补或者欠补得状态。同时，因为FC固定补偿支路是固定的电容，安装后无法调节，投运后，实际上时相当于一个负载时刻在消耗电能，同时，电容对系统的谐波也会放大，FC固定补偿为70年代最普遍的无功补偿方式，随着电力电子的应用，以及电力部门的考核要求，固定补偿不能满足系统无功的变化，同时因为系统谐波，FC补偿对谐波放大形成极大的隐患，该技术目前慢慢被淘汰。（如示意图1-1所示）

图1-1
1.12 电容组投切补偿FC补偿（TSC）

利用真空开关(串联晶闸管)分组自动投切的补偿装置，即对将电容分成个组，对电容进行分组投切，已便达到跟踪系统变化。但通过接触器或断路器投切反应速度慢，无法满足系统无功变化的需求。

图1-2
1.121、原理：利用对系统无功功率的取样，控制开关分组投切电容器，其调节方式是离散式的，容易过补和欠补。同时分成各个支路仍无法完成滤除各次谐波的作用，电容对谐波同时也有放大作用。
1.122、技术特点：
1.122.1： 开关投切时产生的涌流约在10倍以上，威胁设备的安全。
1.122.2： 为离散式调节，容易产生过补和欠补，同时引起电压波动。
1.122.3: 需要对滤波支路进行自动投切，虽然能调节无功功率的补偿容量，但必然影响滤波效果。
1.122.4: 响应时间为3S左右,难以跟踪负载变化，无法达到补偿效果。

无功补偿响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生冲击涌流，使用寿命短，补偿投切方式为：循环投切、编码投切。这种策略没有考虑电压的平衡关系与区域的无功优化。随着社会的发展，负载类型越来越复杂，电网对无功要求也越来越高，因此单纯的FC补偿已经不能满足要求，该种FC补偿技术能不能适应负载变化。

二、 调压调容式补偿方式：根据Q=2πfCU2改变电容器端电压来调节无功输出，实现自动补偿。（VCQV 或者 TSC 补偿方式）

技术特点：

离散型分级无功补偿装置，无法实现连续补偿。

无法实现滤波，甚至可能引起谐振的危险。

变压器检修规程要求分接开关每隔一二年需要换油和吊芯检查。维护量比较大的。

调压技术无功补偿的技术特点：

a、调压技术为分级调节，容易造成过补、欠补。
b、调压调容方式为机械调节，动作时间慢，无法跟踪负载变化，补偿效果差。
c、未配置抑制谐波用的电抗器，将造成谐波放大甚至谐振，威胁系统安全。
d、调压式电容器维护困难。由于若调压式电容内部原件损坏，现场不具备更换条件，而返修时间长、工作量大、费用大。
e、由于负载变化快，分接开关降频繁动作，使用寿命短。

三、 MCR\TCR型SVC 动态无功补偿设备。
其实质原理是将系统无功过补偿，然后通过TCR或者MCR 电抗器来吸收多余的无功。其自身产生谐波，以及通过晶闸管控制，极其不稳定。

TCR原理：
通过对可控硅导通时间进行控制，电流基波分量随控制角的增大而减小，控制角可在0°~90°范围内变化。

TCR\MCR型SVC的技术特点：
1) 晶闸管长期运行在高电压和大电流工况下，容易被击穿。
2) 晶闸管发热量大，需要辅助冷却设备。维护量大。
3) 自身谐波含量大，污染电网。TCR自身产生谐波，必须配备滤波器组滤除自身谐波才能工作；若需要同时滤除背景谐波，还需要增加滤波器容量
4) 占地面积很大。
5) 响应时间为40ms左右。

四、 第三代无功补偿设备：SVG动态无功补偿设备

SVG型动态无功补偿与谐波治理装置是目前最先进的动态无功补偿技术。具备补偿性能强、谐波特性好、运行安全性可靠性高、占地面积小、损耗小噪音低、可靠性高维护量小等特点。
（1）补偿性能强：动态快速连续调节无功输出，最大限度满足功率因数补偿要求，任意时刻的功率因数按近1.0，设备投资效益高。
（2）谐波特性好：SVG不产生谐波电流，而且能有源滤除矿井提升机等产生的各次谐波电流，很好的满足了水泥行业无功补偿与谐波治理的综合需求。
（3）运行安全性可靠性高：SVG是可控电流源，不会产生过电流、不会产生谐波电压放大，尤其适合变电站等对安全性要求高的用户使用。
（4）占地面积小：由于自身没有谐波，不需要滤波器组，占地面积大大减小。
（5）运行损耗低，效率高，噪音低。
（6）可靠性高，维护量小：满足IGBT功率模块N-1运行方式，一个模块故障可旁路继续运行，可靠性大大提高。模块化设计，安装、调试工作量小，基本免维护。

图1-3：输出电流及其频谱，SVG输出电流畸变率1.9%

SVG成套装置基于链式串联结构构成，通过连接电抗器接入系统，提供连续快速可调的感性和容性无功，装置的调节范围无级动态补偿，完全能满足电网无功补偿及谐波治理的要求；同时还可根据具体实际工况与FC部分配合使用，配置灵活，效果明显，是目前最先进的补偿技术之一。
2、补偿技术的比较
2.1、可靠性对比：
SVG动态补偿采用全模块设计，满足IGBT功率模块N-1运行方式，一个模块故障可旁路继续运行，可靠性高。模块化设计，安装、调试工作量小，基本免维护。
通过控制控制柜进行自动控制，因此可实现连续可调，并且从最小容量到最大容量的过渡时间很短，因此可以真正实现柔性补偿。 投运后免维护，无须专人职守。
采用传统的电容投切或者调节电压及SVC无功补偿，电容对系统谐波放大，系统存在具巨大隐患。
需要定期的检查电容，并按时间更换，对电力系统有极大隐患。电容有经常漏油，鼓肚等现象，必须停止运行，切除支路，还时刻需专人值守，对电容进行投切。
2.2、经济性
SVG采用低电压可控硅控制，正常运行时无需承受高电压、大电流、采用自然冷却即可，投运后可实现免维护。输出电流小、开关频率低，运行损耗低，约为0.5%~0.8%。为动态无功补偿经济效益最高。
SVG为目前最先进的第三代补偿技术，补偿效果最好，避免了重复投资。
FC补偿
2.3、安全性（保护类型）：
SVG是可控电流源，不会产生过电流、不会产生谐波电压放大，尤其适合变电站等对安全性要求高的用户使用。SVG装置采用了综合保护策略，以提高装置可靠性。保护策略包括器件级保护、装置级保护和系统级保护三级，其中：
器件级保护的动作时限不超过200μs，在发现器件过流、过压 或驱动信号异常时，能够迅速实施保护；
装置级保护的动作时限为500-1000μs，当发现装置有过载、直流电压过高等异常工况时，便实施保护；
系统级保护的动作时限为5-2000ms，当发现系统失压、系统电压过高、冷却系统故障等异常工况时，便实施保护。
除了分级的保护策略外，控制单元为保护单元的后备保护，监测单元为控制单元的后备保护。这样，分级分层的综合保护策略大大提高了装置的可靠性。
SVG保护类型还包括母线过压、母线欠压、直流过压、过流、IGBT元件损坏检测保护、控制系统电源异常、丢同步电源、超温、保护输入接口、保护输出接口等保护功能。
传统无功补偿只有普通的器件保护，目前国内出现无线补偿引起的电气事故大部分是因FC电容对谐波放大，电容质量问题引起巨大隐患。
2.4．反应速度快
SVG的响应速度快，可以实时跟踪冲击型负荷的波动，进行快速跟踪补偿。如下图所示，当SVG装置投入以后，所有的负荷无功都由SVG装置提供，系统提供的无功为跟踪系统无功变化，响应速度为0.5us.完全达到快速补偿波动负荷的目的。 图1-3
2.5．扩容性
SVG本体（含启动柜、功率柜、控制柜）户内安装，通过模块化设计，实际扩容只需要增加功率柜即可，可根据实际工况的不通，配置相同的功率柜，在投运的后，也可根据实际的系统无功变化，扩充补偿无功容量。
2.6．可靠性
SVG是可控电流源，不会产生过电流、不会产生谐波电压放大，尤其适合煤矿等对安全性要求高的用户使用。满足IGBT功率模块N-1运行方式，一个模块故障可旁路继续运行，可靠性大大提高。模块化设计，安装、调试工作量小，基本免维护。
传统电容补偿需要定期的检查电容、变压器，并按时间更换，对电力系统有极大隐患。电容有经常漏油，鼓肚等现象，必须停止运行，切除支路，还时刻需专人值守，对电容进行投切。

第四篇、结论
(1) 进行动态无功补偿及谐波治理设备，经前后测试对比反映了补偿后的效果显著，达到即无功补偿又谐波治理，针对于补偿性能SVG各个方面都远远超越了其它补偿方式。
    (2) 调压补偿为不能跟踪系统变化，一般平均功率因数大概在0.7-0.85左右，时刻处于过补和欠补状态，对系统存时刻存在的极大的隐患，根本无法达到理想的补偿效果，同时对系统的谐波放大作用，目前电力部门要求对固定补偿要求其改造，选择适合的动态无功补偿设备。
(3) SVG由于是静止型动态无功补偿装置采用先进的链式电路拓扑结构和多电平PWM技术，本身不产生谐波，且能够滤除13次及13次以下谐波电流。而FC支路通过电容补偿，对系统存在着系统谐波的放大。不仅不能治理谐波，还系统造成二次污染，广西市电力局02年做过调查研讨会，专门针对相关做过谐波事故分析，发现大小近30次的事故中，有80%都是因为存在的电容对谐波放大引起的事故。
上海思源清能电气电子有限公司
2010-2-03