高壓低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置
     整理：赫特電氣  阿杜

                 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了一些靜止形態(tài)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。電力電子裝置不僅可以發(fā)送而且還可以吸收無功功率，其本身也成為產(chǎn)生無功的功率源。在許多情況下，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償有功功率或在補(bǔ)償無功的同時(shí)也補(bǔ)償部分有功功率，對(duì)改善電能質(zhì)量會(huì)有更好的效果。隨著電網(wǎng)中精密電能用戶的增多，要求電網(wǎng)必須提供與用戶所要求的質(zhì)量指標(biāo)相適應(yīng)的電能。近年來，為了進(jìn)一步提高配電電能質(zhì)量指標(biāo)，出現(xiàn)了多種動(dòng)態(tài)的改善電能指標(biāo)的電力電子設(shè)備。這些提高電能質(zhì)量和供電可靠性的技術(shù)稱為契約電力(custom power)。補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的初期，人們已經(jīng)注意到補(bǔ)償無功功率和補(bǔ)償系統(tǒng)參數(shù)存在某些相同的效果，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生更適合用戶的效果，因此，補(bǔ)償參數(shù)技術(shù)在電網(wǎng)中有著重要的應(yīng)用領(lǐng)域。最常用的是串聯(lián)電容輸電補(bǔ)償，他對(duì)減少電壓變動(dòng)，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起到重要的作用。本文對(duì)電力系統(tǒng)中為提高電能質(zhì)量所使用的各種補(bǔ)償技術(shù)及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作了概括性的介紹，重點(diǎn)敘述了補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展及其技術(shù)前景，討論了正在開展的新的補(bǔ)償技術(shù)以及補(bǔ)償用能源的合理使用，并表明了對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)中應(yīng)用各種補(bǔ)償方式的看法和評(píng)價(jià)。電力電子技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)和用戶后使電網(wǎng)上產(chǎn)生了更多的無功和諧波，而用于濾波的技術(shù)實(shí)際上與補(bǔ)償技術(shù)是相互聯(lián)系也是相互影響的，因此，對(duì)濾波技術(shù)的進(jìn)展也作了介紹。

                 1　并聯(lián)無功補(bǔ)償

                 1.1　同步調(diào)相機(jī)

                 　　同步調(diào)相機(jī)是最早用于電網(wǎng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，適合于電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)。但調(diào)相機(jī)的反應(yīng)速度較慢，因此對(duì)瞬時(shí)電壓波動(dòng)效果較差。他以勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)來改變發(fā)出電壓，從電壓的幅值大小決定無功功率的輸出，同步電機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行需要很大的維護(hù)工作量，這是他的弱點(diǎn)。同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子有慣性，在故障瞬間調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)輸出短路電流，增大系統(tǒng)的短路容量。對(duì)系統(tǒng)容量偏小而且電網(wǎng)短路電流不夠大的電網(wǎng)（如直流輸電的受端），同步調(diào)相機(jī)還是有顯著作用的。但是，在一般電網(wǎng)中，由于短路容量往往偏大，甚至于需要采取限流措施，不適合采用同步調(diào)相機(jī)。目前，除了需要加大短路容量外，作為無功和電壓補(bǔ)償?shù)耐秸{(diào)相機(jī)已經(jīng)被完全淘汰。

                 1.3　無功發(fā)生器(STATCOM，SVG)

                 　　隨著電力電子技術(shù)向可控關(guān)斷和快速觸發(fā)方向發(fā)展，有可能制造出動(dòng)作頻率更高的電力開關(guān)器件，從而研究開發(fā)出可以在任何相位運(yùn)行的逆變器。無功發(fā)生器(SVG)就是一個(gè)可以產(chǎn)生超前電流90°
                 或滯后電流90°的逆變器，同時(shí)，他帶有自整流充電能力。SVG的工作原理是從三相電網(wǎng)上取得電壓向一個(gè)直流電容充電，再將直流電壓逆變成交流電壓送回電網(wǎng)。SVG最簡(jiǎn)單的原理見圖4。如果產(chǎn)生的電壓大于系統(tǒng)電壓，那么變壓器上流過的電流超前電壓90°，使電網(wǎng)帶上電容性負(fù)荷，或者說SVG供應(yīng)無功；如果產(chǎn)生的電壓小于系統(tǒng)電壓，流過變壓器的電流滯后電壓90°，使SVG成為電感性負(fù)載，或者說SVG吸收無功。這樣，如果按需要調(diào)節(jié)發(fā)生器的電壓就可以得到適宜的無功輸出，而且SVG可以在感性和容性間快速連續(xù)調(diào)整。簡(jiǎn)化(略去諧波)后可用向量關(guān)系來描述上述原理（見圖5）。

                 　　無功發(fā)生器的直流側(cè)電容只提供直流電壓，他的電壓則由三相6個(gè)二極管充電得到。因此，在系統(tǒng)電壓下降時(shí)，他仍能供出額定的無功電流。而靜止補(bǔ)償器類的設(shè)備，其輸出的電流與電壓是成比例減小的。在原理上，無功發(fā)生器在故障中有更好地支撐電壓的效果。

                 　　無功發(fā)生器難于應(yīng)付系統(tǒng)的不對(duì)稱。無功發(fā)生器在系統(tǒng)電壓不對(duì)稱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)序電流，這個(gè)電流必須流過直流電容器，也就是無功發(fā)生器本身不能承擔(dān)過大的不對(duì)稱電流。另外，無功發(fā)生器在系統(tǒng)不對(duì)稱時(shí)產(chǎn)生的不對(duì)稱電流將擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前采取的方法是，在系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱時(shí)將無功發(fā)生器自動(dòng)切除。由于電力系統(tǒng)中的故障多數(shù)是不對(duì)稱的，這使得無功發(fā)生器能產(chǎn)生額定無功電流的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮出來。

                 4　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage rectorer，DVR）

                 　　電網(wǎng)運(yùn)行中不可避免的會(huì)發(fā)生事故和故障，即使可靠性很高的系統(tǒng)仍需要防止事故發(fā)生時(shí)不使影響范圍擴(kuò)大的保護(hù)措施用以分隔事故區(qū)域和無故障區(qū)域，在事故發(fā)生時(shí)，即使最快速的保護(hù)切斷故障部分也需要零點(diǎn)幾秒，而在這個(gè)時(shí)間會(huì)使許多負(fù)荷受到影響，事故時(shí)的特點(diǎn)是故障電流增大，系統(tǒng)電壓降低，這就使接觸器式的開關(guān)發(fā)生低電壓釋放而停電。對(duì)于某些工業(yè)，如造紙和化學(xué)制藥工業(yè)，會(huì)因?yàn)殡妷和蝗幌陆刀股a(chǎn)停頓。有的則使生產(chǎn)程序受到?jīng)_擊而使質(zhì)量下降，導(dǎo)致很大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于較小容量的負(fù)荷，可以使用在線UPS。而對(duì)于工業(yè)企業(yè)和重要科研機(jī)構(gòu)，最直接最有效的方法是使用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）。

                 　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是在測(cè)出電壓瞬時(shí)降低后，立即由直流電源逆變一組交流，與電源電壓相加（串聯(lián)），這樣輸出電壓可以維持在允許的范圍內(nèi)，直到系統(tǒng)電壓回升到正常值。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器單向電路見圖10，其中V1，V2是2組3相逆變器，所產(chǎn)生的電壓是嚴(yán)格按照系統(tǒng)各相電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之差及相位之差產(chǎn)生，而逆變器為了取得快速反應(yīng)只能是用脈寬調(diào)制（PWM）方法，為了取得較快的調(diào)制頻率的效果，逆變器應(yīng)該采用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）作為開關(guān)器件，或者采用相近的高速器件。由于故障時(shí)不僅電壓下降，相電壓的相位也會(huì)出現(xiàn)很大的相位變化，這給快速補(bǔ)償器的測(cè)量辨析增加了困難。目前，有的選用坐標(biāo)變換的方法，有的選用其他智能方法?？傊焖傺a(bǔ)償電壓測(cè)量控制是電壓恢復(fù)成功的關(guān)鍵，也是難度較大的技術(shù)。

                 　　目前，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器已經(jīng)用在造紙廠、化工廠、制藥廠和電子工業(yè)企業(yè)，其使用范圍與超導(dǎo)儲(chǔ)能不同，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償?shù)碾妷翰ㄐ未蠹s在1
                 s之內(nèi)，多為0.5 s以下，補(bǔ)償?shù)哪康氖侨嗖黄胶獾墓收蠣顟B(tài)，而超導(dǎo)儲(chǔ)能所補(bǔ)償?shù)拇蠖嗍?0
                 ms內(nèi)的一些波形上的缺欠，也可能是重復(fù)的，但每周期補(bǔ)償?shù)囊仓挥胁蛔?
                 ms的缺欠。像前面所介紹的美國(guó)西海岸電網(wǎng)抑制低頻振蕩，所需能量較大，目前尚不見商品性的設(shè)備上市。