城市電網(wǎng)無功補(bǔ)償優(yōu)化方案研究.pdf

1、上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章緒論第1頁第一章第一章緒論緒論1.11.1無功補(bǔ)償技術(shù)的無功補(bǔ)償技術(shù)的研究意義研究意義全世界大約30%的主要能源，如煤、石油、水、風(fēng)等用來產(chǎn)生電能。而國內(nèi)傳輸電能規(guī)約上基本上都是以50HZ交流來傳輸?shù)腫1]。而電能的無功質(zhì)量是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中所要考慮的的一個(gè)重要因素。其中重要性與日俱增。究其主要原因有以下幾個(gè)方面:1)由于各種不可再生能源資源的不斷減少燃料價(jià)格提升，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率亟待提高。2)

2、由于社會(huì)的進(jìn)步，各種高端電子設(shè)備的制造與使用對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高。3)輸電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展已經(jīng)受到限制。4)水能和風(fēng)能發(fā)電以及核動(dòng)力發(fā)電不得不在遙遠(yuǎn)的、條件惡劣的地方進(jìn)行這樣遠(yuǎn)距離的輸電需要解決穩(wěn)定性及電壓控制問題。5)直流輸電系統(tǒng)的研究和應(yīng)用表明要求在換流器的交流側(cè)進(jìn)行無功控制[2]。對(duì)于給定的有功分布使無功潮流最小就可減少系統(tǒng)的損耗而這些都要求對(duì)無功功率的流向與轉(zhuǎn)移有很好的控制[3]。在電力系統(tǒng)中電壓是衡量電能質(zhì)量的最基本最重要的指標(biāo)

3、之一。為確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行供電電壓必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)[4]。而電壓控制的重要方法之一是對(duì)電力系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行控制。各種研究表明，威脅電網(wǎng)安全的最主要的問題之一就是電網(wǎng)無功補(bǔ)償容量不足[56]。在電力系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的因素有很多，如負(fù)荷的增加、發(fā)電機(jī)或線路故障、系統(tǒng)無功不足、ULTC動(dòng)作以及各控制和保護(hù)之間缺乏協(xié)調(diào)等[7]，嚴(yán)重時(shí)并可能進(jìn)一步發(fā)展成為電壓崩潰，但是負(fù)荷缺少足夠的無功(尤其是動(dòng)態(tài)無功)支持是引起電壓不穩(wěn)定的

4、主要因素[8]。因此無功備用的規(guī)劃必須以系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性為前提[9]。電力市場正式形成之前至初期，無功規(guī)劃的角度多數(shù)從經(jīng)濟(jì)性考慮，缺少安全性。從短期來看，這樣的情況不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大影響。但隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)電力市場不斷提出更高的要求，電力網(wǎng)架也正在不斷擴(kuò)大，而很多電力設(shè)備以及運(yùn)行方式以及不能滿足日益發(fā)展的電網(wǎng)發(fā)展需要，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)任何狀況，一個(gè)小小的波動(dòng)將會(huì)以滾雪球的方式波及整個(gè)電網(wǎng)，致使電網(wǎng)因電壓不穩(wěn)而徹底崩潰。曾在幾年前美加大停電的事

5、件就是最好的例子。因此，在電網(wǎng)發(fā)展的情況下考慮到系統(tǒng)的安全必須將電壓的穩(wěn)定納入到無功補(bǔ)償?shù)脑u(píng)價(jià)體系。隨著電力市場上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章緒論第3頁無源裝置其原理較為簡單，即根據(jù)系統(tǒng)無功容量需要，在母線上并聯(lián)或者在出線線路中串聯(lián)一定容量多個(gè)電容器或者電抗器。這樣做的目的是為了改變了電力系統(tǒng)的參數(shù)特別是電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗，從而間接對(duì)無功產(chǎn)生了影響。其結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)容易，但是此類裝置使用的是機(jī)械開關(guān)一般情況下需要人工操作

6、進(jìn)行投切，無法做到連續(xù)調(diào)節(jié)無功，電網(wǎng)短時(shí)無功變化無法及時(shí)反應(yīng)。第二代：依靠晶閘管投切的靜止無功補(bǔ)償器(SVC)這一代的無功補(bǔ)償裝置已經(jīng)能滿足快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊蟠祟惣夹g(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代在國外已經(jīng)普遍應(yīng)用現(xiàn)已傳入國內(nèi)，并有一定應(yīng)用范圍主要應(yīng)用于城市配電網(wǎng)中。SVC作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)可以連續(xù)調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進(jìn)行無功功率的交換無功響應(yīng)速度較快。缺點(diǎn)在于換流元件關(guān)斷不可控容易產(chǎn)生較大的諧波電流直接影響電網(wǎng)電壓波動(dòng)，所以對(duì)電壓的穩(wěn)定控制不夠理

7、想。第三代：基于電壓源換流器的靜止同步補(bǔ)償器（ASVG）這類裝置是屬快速的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置是屬于有源裝置，國外最早從20世紀(jì)80年代開始研究90年代末在美國、德國、日本、中國相繼得到成功應(yīng)用。電壓型的同步并聯(lián)補(bǔ)償器有交直流兩路原件組成，其直流側(cè)采用直流電容為儲(chǔ)能元件通過逆變器中電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓此類補(bǔ)償器體積小、調(diào)節(jié)速度更快、范圍更廣。但是產(chǎn)生的諧波和以及設(shè)備占地面積都比較大[1819]。

8、（3）無功補(bǔ)償設(shè)備同步調(diào)相機(jī)（SC）：這是早期的無功補(bǔ)償裝置的代表。同步調(diào)相機(jī)的工作原理是在當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)通過控制自身的勵(lì)磁發(fā)出和吸收無功功率同時(shí)通過安裝在調(diào)相機(jī)旁的電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)無功功率的大小以維持端電壓恒定。電容器：電力電容器目前也是家喻戶曉的無功補(bǔ)償設(shè)備，相對(duì)于同步調(diào)相機(jī)而言，電容器具有噪聲小，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，而電容器的制造工藝也在不斷進(jìn)步，從1990年單臺(tái)容量334kvar發(fā)展到了2005年單臺(tái)容量533kvar，技術(shù)的不