试论静止无功补偿装置在港口供电系统应用

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试论静止无功补偿装置在港口供电系统应用　　摘要：本文结合笔者多年来的从业经验，就港口的供电现状进行阐述，通常情况下港口的用电负荷属于典型的谐波源，严重影响着港口供电系统的电能质量。通过对现状的分析提出了基于静止无功补偿装置（SVG）的电能质量治理方案，SVG是基于柔性交流输电技术的新一代无功补偿及谐波治理装置，在满足港口负荷无功需求的同时，不增加额外的硬件，同时可实现有源滤波的效果，是港口改善电能质量的最佳解决方案，以供同类工程参考与借鉴。关键词：港口供电系统柔性交流输电技术电能质量无功功率谐波静止无功发生器中图分类号：TM761文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0136-02在电力系统中，各个节点无功功率的平衡情况会直接影响到该节点的电压水平。目前在电力系统运行过程中使用的很多设备都可以实现无功功率的频繁变化，例如常见的电气化铁道以及轧钢机等。与此同时在电力系统中由于存在很多精密设备，对电压的稳定性提出了更高的要求，例如计算机等。所以系统的无功功率补偿成为了电力系统安全稳定运行过程中亟需解决的一个重要问题。8 通常我们使用的无功功率补偿设备主要包括同步发电机、调相机以及并联电容器等，但是在一些太大或者太小的无功功率补偿过程中，使用同步发电机或调相机并不是特别合适，而且这些设备属于一种旋转设备，会产生较大的损耗以及噪声问题；另外并联电容器阻抗是保持固定不变的，无法对负荷无功功率的变化进行实时跟踪，所以这些传统设备都已经无法继续为电力系统的发展提供必要的支持了。本文所述的静止无功补偿主要是指通过采用不同的静止开关对电容器以及电抗器等进行投切，能够使其获得吸收和发出无功电流的功能，进一步增加功率因数，确保电力系统的电压具有更好的稳定性，从而避免系统发生振荡问题。到目前为止常用的静止开关主要包括断路器开关以及电力电子开关这两种。其中断路器开关作为接触器，其开关时间大约会持续10～30s，速度较慢，无法对负载无功功率的变化情况进行及时的跟踪，在投切电容器时很容易造成较大的冲击涌流以及操作过电压现象，导致接触电发生烧焊，使得补偿电容器内部遭到击穿，承受过大的应力，增加了维修量。8 随着电力电子技术水平的不断提高，使得其广泛应用于电力系统中，逐渐出现了交流无触点开关GTO、SCR以及GTR等，这些开关在进行投切的过程中持续时间仅为10μs，相比于过去提高了大约500倍，不管是什么系统参数，无功补偿都能够在一个周波内全部完成，同时还可以实现单相调节功能。目前我们所采用的静止无功补偿装置通常是指采用晶闸管制作而成的无功补偿设备，主要包括下述三个类型：首先一种是在静止无功补偿装置当中包含有饱和电抗器，其次是通过利用晶闸管来对电抗器进行控制或者对电容器进行投切，我们将其称之为SVC，最后则是高级静止无功发生器，简称为ASVG，该装置主要采用自换相变流技术。1现阶段港口供电系统的运行情况港口供电系统会消费大量的电力。随着社会经济的不断发展，科学技术水平取得了非常大的提高，在港口建设中逐渐采用了更多的电力装卸机械以及电力电子装置等，但是由于这些设备在运行的过程中需要吸收大量冲击性无功功率，导致功率因数过低，甚至会造成电压波动以及闪变等现象，而且电力电子设备会带来一定的谐波污染，导致港口供电电网波形发生变形问题，进一步恶化了供电质量，直接影响到了电能的质量。另外在港口建设中还对节能减排工作提出了更多的要求：港口建设以及运行的相关部门和企业一定要有明确的政治责任感，将节能减排工作放在港口建设中的重要地位。通过加强部门的组织领导力度，认真贯彻落实与节能减排相关的方针政策。在对港区电网进行改造的过程中，还需要积极与供电部门相配合，通过采用新技术，尽可能的避免高次谐波造成的附加损耗，进一步确保港口的供电质量。8 为了提高港口供电质量水平，确保供电的可靠性，通常会采用磁控电抗器、晶闸管投切电容器以及控制电抗器等传统的无功补偿设备，然后再在LC滤波器的基础上降低谐波畸变对供电系统造成的影响，但是这些设备由于响应速度较慢、无法切实解决过补以及欠补的问题、很容易造成谐波进一步放大的问题，所以，在港口无功补偿中通过采用静止无功补偿装置（SVG），可以进一步治理谐波问题，是目前港口供电系统为了提高电能质量采取的一个最佳方案。在港口电力系统运行中会出现大量感性负荷问题，很多电动装卸机械会发生较大的负荷变化以及速度变化，在短时间内承受过大的负载，是一种无功冲击性负载现象，由此会导致其功率因数大幅度降低，无功补偿无法达到0.7，在进行考核时无法达到电业部门的相关考核规定，常常遭受一定的罚款。8 除此之外，在港口供电系统所使用的大型装卸机械电气传动装置中，一般都会选择晶闸管整流直流调速设备以及交流变频调速设备，属于一种非线性负荷，能够不断的向电力系统当中注入谐波，导致电网电压以及电流波形发生畸变问题，变压器热量上升，进一步加大了电路的损耗，最终对通讯设备的正常运行造成一定的影响。另外由于电能质量水平的不断降低，对各种设备的安全运行产生较大的威胁。因此根据港口供电系统电力负荷的主要特点，主要通过采用无功功率补偿以及谐波质量装置，加大功率因数，对谐波进行有效的治理，满足电业部门的考核标准，有效降低了电网中产生的谐波污染，确保了供电质量。2在对港口供电系统的电能质量进行治理时采取的主要方案通过使用SVG动态无功补偿装置，能够有效的抑制谐波，确保供电系统的安全稳定运行，实时跟踪港口负荷发生的变化，有效实现动态补偿功能，弥补传统补偿装置在运行中的不足之处，提高功率因数，避免线损，降低能源消耗；另外谐波动态补偿还可以提高电能的质量，实现对输电系统的控制，确保线路传输容量满足相关要求；最后还可以有效维持负荷端电压的稳定性，并具有不对称负荷平衡补偿负荷的作用。　　2.1无功补偿装置的主要原理在配电网的应用当中，无功补偿装置（SVG）属于一种柔性交流输电技术，是目前电力系统无功补偿技术的一个主要发展趋势。SVG可以有效增大功率因数，避免发生三相不平衡问题，进一步整治谐波污染，可以对电压和无功功率进行合理控制，确保供电系统的安全、稳定运行。SVG的主要原理为：利用变压器等将自换相桥式电路并联于电网中，通过对桥式电路交流侧输出电压具有的幅值以及相位等进行合理的调节，或对交流侧电流进行直接控制，确保该电路所吸收或发出的无功电流达到供电系统运行的要求，从而对无功功率进行动态补偿。8 为了在大功率无功补偿、中压供电以及有源滤波等各个领域当中充分发挥SVG的作用，目前所研究的一个热门问题就是多电平功率变换电路。如图1所示为电源及联式多电平逆变电路拓扑结构示意图，根据该图我们可以知道，多电平变换电路运行的最主要原理就是通过把若干个两电平电压型逆变器相互串联在一起，利用向量将各个变换器的实际输出电压进行合成，以此来形成多电平波形，尽可能的趋近于正弦输出电压，此时电平数如果越多，就越能够提高分辨率，输出的电压波形也会不断的趋近于正弦波。在级联型多电平变换器当中通常会采用三角载波移向PWM法，该方法的每个模块中会由一个三角载波和一个正弦波相互比较之后会形成SPWM信号，在所有模块当中正弦波都是一样的，不过某个模块中的三角谐波和其相邻模块中的三角谐波当中会存在一个相移，导致各个模块里面SPWM脉冲也在相位上相互错开，进一步提高了等效开关的频率，其中通过N单元级联多电平逆变器输出的SPWM波所具有的等效载波频率具体为fec=2Nfc，能够在不改变开关频率的前提下降低输出谐波。图1为其具体控制原理示意图。8 在和传统无功补偿设备进行对比的过程中可以发现，SVG能够运行于各种条件下。而传统的无功补偿装置则会受到运行环境的极大影响，如果谐波以及负序等情况非常严重，甚至会出现装置无法运行的情况。而SVG可以在各种运行条件下进行自动调节，加快了响应速度，在运行的过程中降低了谐波污染，有效消除电压闪变等问题，进一步改善了电能的质量，减少了能源的消耗，创造了巨大的经济效益。2.2通过采用SVG实现无功补偿为了提高港口供电质量水平，确保供电的可靠性，通常会采用磁控电抗器、晶闸管投切电容器以及控制电抗器等传统的无功补偿设备，然后再在LC滤波器的基础上降低谐波畸变对供电系统造成的影响。而对于SVG来说其优势更加明显，为了有效解决配电网动态无功补偿问题，本研究中主要采用了SVG这一方案。2.3通过采用SVG对谐波进行治理在港口用电负荷中引起的高频谐波电流会产生很多麻烦，例如会导致控制以及测量等系统所具有的功能发生异常，对通讯网络产生干扰以及加大变压器等的附加热损耗等。在治理谐波的过程中如果采用LC无源滤波装置会引起较多问题，例如响应速度较慢，不能动态跟踪谐波进行补偿，在补偿谐波的过程中会产生多余的无功，相关参数的稳定性较差，很容易引起失谐问题。8 针对港口区域供电系统中电网谐波现状，可以通过有源滤波技术进行谐波的治理。为现阶段应用于某港口项目中对电压、电流、负荷电流以及SVG补偿电流的实际情况。从图中可以看出由于受到谐波的影响，负荷侧电流出现了严重的畸变，SVG通过向供电系统当中注入方向相反、大小相同的分量，在与谐波分量进行叠加之后，可以确保系统电流为完美的正弦波。另外SVG装置不需要再继续增加额外硬件就可以充分实现有源滤波，对于港口供电系统当中既要进行无功补偿又要有效治理谐波的处理中有着重要的意义。3结论（1）在港口供电系统运行中产生用电负荷属于一种较为典型的冲击无功及谐波源，相对于其他企业来说，其功率因数相对较低，谐波污染较为严重。（2）SVG装置不仅可以满足供电系统的无功需求，还具有有源滤波的作用，是现阶段港口供电系统提高电能质量水平的一个最合理的整治方案。参考文献[1]孙宪君，康明才.静止无功补偿装置应用实例分析[J].中国高校科技与产业化，2006（S1）.[2]陈青华，李群湛.静止无功发生器在牵引供电系统中的分析[J].电力科学与技术学报，2007（4）.[3]周奖.静止无功补偿装置的综述[J].广西大学学报：哲学社会科学版，2006（S1）.8