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高压低压动态无功补偿装置
     整理：赫特电气  阿杜

                 随着现代电力电子技术的发展，产生了一些静止形态的动态无功补偿装置。电力电子装置不仅可以发送而且还可以吸收无功功率，其本身也成为产生无功的功率源。在许多情况下，动态补偿有功功率或在补偿无功的同时也补偿部分有功功率，对改善电能质量会有更好的效果。随着电网中精密电能用户的增多，要求电网必须提供与用户所要求的质量指标相适应的电能。近年来，为了进一步提高配电电能质量指标，出现了多种动态的改善电能指标的电力电子设备。这些提高电能质量和供电可靠性的技术称为契约电力(custom power)。补偿技术发展的初期，人们已经注意到补偿无功功率和补偿系统参数存在某些相同的效果，有时甚至会产生更适合用户的效果，因此，补偿参数技术在电网中有着重要的应用领域。最常用的是串联电容输电补偿，他对减少电压变动，提高电力系统稳定性起到重要的作用。本文对电力系统中为提高电能质量所使用的各种补偿技术及动态补偿方式作了概括性的介绍，重点叙述了补偿技术的发展及其技术前景，讨论了正在开展的新的补偿技术以及补偿用能源的合理使用，并表明了对当前电网中应用各种补偿方式的看法和评价。电力电子技术应用于电网和用户后使电网上产生了更多的无功和谐波，而用于滤波的技术实际上与补偿技术是相互联系也是相互影响的，因此，对滤波技术的进展也作了介绍。

                 1　并联无功补偿

                 1.1　同步调相机

                 　　同步调相机是最早用于电网的无功补偿设备，适合于电网电压调节。但调相机的反应速度较慢，因此对瞬时电压波动效果较差。他以励磁电流调节来改变发出电压，从电压的幅值大小决定无功功率的输出，同步电机的启动和运行需要很大的维护工作量，这是他的弱点。同步调相机运行中转子有惯性，在故障瞬间调相机向系统输出短路电流，增大系统的短路容量。对系统容量偏小而且电网短路电流不够大的电网（如直流输电的受端），同步调相机还是有显著作用的。但是，在一般电网中，由于短路容量往往偏大，甚至于需要采取限流措施，不适合采用同步调相机。目前，除了需要加大短路容量外，作为无功和电压补偿的同步调相机已经被完全淘汰。

                 1.3　无功发生器(STATCOM，SVG)

                 　　随着电力电子技术向可控关断和快速触发方向发展，有可能制造出动作频率更高的电力开关器件，从而研究开发出可以在任何相位运行的逆变器。无功发生器(SVG)就是一个可以产生超前电流90°
                 或滞后电流90°的逆变器，同时，他带有自整流充电能力。SVG的工作原理是从三相电网上取得电压向一个直流电容充电，再将直流电压逆变成交流电压送回电网。SVG最简单的原理见图4。如果产生的电压大于系统电压，那么变压器上流过的电流超前电压90°，使电网带上电容性负荷，或者说SVG供应无功；如果产生的电压小于系统电压，流过变压器的电流滞后电压90°，使SVG成为电感性负载，或者说SVG吸收无功。这样，如果按需要调节发生器的电压就可以得到适宜的无功输出，而且SVG可以在感性和容性间快速连续调整。简化(略去谐波)后可用向量关系来描述上述原理（见图5）。

                 　　无功发生器的直流侧电容只提供直流电压，他的电压则由三相6个二极管充电得到。因此，在系统电压下降时，他仍能供出额定的无功电流。而静止补偿器类的设备，其输出的电流与电压是成比例减小的。在原理上，无功发生器在故障中有更好地支撑电压的效果。

                 　　无功发生器难于应付系统的不对称。无功发生器在系统电压不对称时，会产生很大的负序电流，这个电流必须流过直流电容器，也就是无功发生器本身不能承担过大的不对称电流。另外，无功发生器在系统不对称时产生的不对称电流将扰乱系统的正常运行。目前采取的方法是，在系统发生不对称时将无功发生器自动切除。由于电力系统中的故障多数是不对称的，这使得无功发生器能产生额定无功电流的优势不能充分发挥出来。

                 4　动态电压恢复器（dynamic voltage rectorer，DVR）

                 　　电网运行中不可避免的会发生事故和故障，即使可靠性很高的系统仍需要防止事故发生时不使影响范围扩大的保护措施用以分隔事故区域和无故障区域，在事故发生时，即使最快速的保护切断故障部分也需要零点几秒，而在这个时间会使许多负荷受到影响，事故时的特点是故障电流增大，系统电压降低，这就使接触器式的开关发生低电压释放而停电。对于某些工业，如造纸和化学制药工业，会因为电压突然下降而使生产停顿。有的则使生产程序受到冲击而使质量下降，导致很大的经济损失。对于较小容量的负荷，可以使用在线UPS。而对于工业企业和重要科研机构，最直接最有效的方法是使用动态电压恢复器（DVR）。

                 　　动态电压恢复器是在测出电压瞬时降低后，立即由直流电源逆变一组交流，与电源电压相加（串联），这样输出电压可以维持在允许的范围内，直到系统电压回升到正常值。动态电压恢复器单向电路见图10，其中V1，V2是2组3相逆变器，所产生的电压是严格按照系统各相电压与标准电压之差及相位之差产生，而逆变器为了取得快速反应只能是用脉宽调制（PWM）方法，为了取得较快的调制频率的效果，逆变器应该采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关器件，或者采用相近的高速器件。由于故障时不仅电压下降，相电压的相位也会出现很大的相位变化，这给快速补偿器的测量辨析增加了困难。目前，有的选用坐标变换的方法，有的选用其他智能方法。总之，快速补偿电压测量控制是电压恢复成功的关键，也是难度较大的技术。

                 　　目前，动态电压恢复器已经用在造纸厂、化工厂、制药厂和电子工业企业，其使用范围与超导储能不同，动态电压恢复器补偿的电压波形大约在1
                 s之内，多为0.5 s以下，补偿的目的是三相不平衡的故障状态，而超导储能所补偿的大多是20
                 ms内的一些波形上的缺欠，也可能是重复的，但每周期补偿的也只有不足1
                 ms的缺欠。像前面所介绍的美国西海岸电网抑制低频振荡，所需能量较大，目前尚不见商品性的设备上市。