電力技術(shù)---電能質(zhì)量柔性控制裝置

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一方面，造成電能質(zhì)量問題的因素不斷增長，如以電力電子裝置為代表的非線性負(fù)荷的使用、各種大型用電設(shè)備的啟停等；另一方面，各種復(fù)雜的、精密的、對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，人們對電能質(zhì)量及可靠性的要求越來越高。上述問題的矛盾越來越突出，這使得電能質(zhì)量問題對電網(wǎng)和配電系統(tǒng)造成的直接危害和可能對人類生活和生產(chǎn)造成的損失也越來越大，電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益。

對供電質(zhì)量及可靠性的要求日益提高是和用戶的工藝過程水平的發(fā)展相聯(lián)系的，近代科技進(jìn)步又促進(jìn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化，對電能質(zhì)量提出了更高更新的要求。一個計算中心失去電源2s就可能破壞幾十小時的數(shù)據(jù)處理結(jié)果而造成上百萬元的經(jīng)濟(jì)損失。在大型機(jī)器制造廠，0.1s的電壓突降就可能造成異常的生產(chǎn)狀況和質(zhì)量破壞。當(dāng)今自動化設(shè)備控制的連續(xù)精加工生產(chǎn)線，它們對配電系統(tǒng)中的干擾異常敏感，幾分之一秒的不正常供電就可能在工廠內(nèi)部造成混亂，其損失是難以估量的。這些用戶對不合格電力的容許度可嚴(yán)格到只有1～2周波?，F(xiàn)代化的商貿(mào)中心、銀行、醫(yī)院也是如此。諧波的嚴(yán)重危害和所造成的損失經(jīng)常被人們所提及，而無人值守變電站中計算機(jī)系統(tǒng)突然出現(xiàn)的死機(jī)現(xiàn)象，大多屬于電能質(zhì)量問題。

在我國,雖然總體經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平還比較落后，但在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電能質(zhì)量問題的影響已比較突出。而且，由于各種原因，在供電可靠性和電網(wǎng)電壓幅度的穩(wěn)定水平等指標(biāo)上，我國的情況尤其落后。如何提高和保證電能質(zhì)量,已成為國內(nèi)外電工領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一。

近段時間提出的系統(tǒng)化綜合補(bǔ)償技術(shù)是解決電能質(zhì)量問題的“治本”途徑。對于穩(wěn)態(tài)時的電壓質(zhì)量問題有許多成熟的措施加以解決;但對于動態(tài)電能質(zhì)量問題,依靠傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償和常規(guī)的濾波裝置則不能有效地解決,因為諸如電壓跌落(sags)、浪涌(surge)、電壓脈沖(impulse)與瞬時供電中斷(outage)這類電能質(zhì)量問題持續(xù)的時間很短、變化很快,并且有的電能質(zhì)量問題還伴隨著部分甚至全部的有功損失等情形。

作為facts(基于電力電子技術(shù)的靈活交流輸電系統(tǒng))技術(shù)與配電系統(tǒng)應(yīng)用的延伸—dfacts技術(shù)已成為改善電能質(zhì)量的有力工具,該技術(shù)的核心器件igbt，它比gto具有更快的開關(guān)頻率，并且關(guān)斷容量已達(dá)到一定規(guī)模，因此dfacts裝置具有更快的響應(yīng)特性。目前dfacts裝置主要有：動態(tài)電壓恢復(fù)器(dvr)、配電系統(tǒng)用靜止同步補(bǔ)償器(d-statcom)、固態(tài)切換開關(guān)(ssts)等。

statcom在svc裝置基礎(chǔ)上，克服了由于呈恒阻抗特性，使得在電壓低時，無法提供所需的無功支持，應(yīng)付突發(fā)事件的能力較弱；而且占地面積大，過多的svc易引發(fā)系統(tǒng)振蕩的弊端，statcom的無功電流輸出可在很大電壓變化范圍內(nèi)恒定,在電壓低時仍能提供較強(qiáng)的無功支撐，并且可從感性到容性全范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，使得其無功輸出相當(dāng)于同容量svc的1.4～2倍；因statcom的靈活調(diào)壓，還可以大大減少變壓器分接頭的切換次數(shù)，從而減少分接頭故障次數(shù)。另外，statcom還可以抑制電壓閃變,提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平,結(jié)合我國的國情和已有的技術(shù),發(fā)展statcom應(yīng)是解決我國電壓穩(wěn)定問題的有效手段,并且也是dfacts技術(shù)發(fā)展的主要方向。

目前城市和農(nóng)村配網(wǎng)存在低功率因數(shù)和諧波污染問題。大量無功電流在電網(wǎng)中的流動會導(dǎo)致線路損耗增大，變壓器利用率降低，用戶電壓跌落嚴(yán)重。諧波污染則會使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致由以下幾個方面：

1．諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的三次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。
2．影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。
3．諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使諧波危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。
4．諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確。
5．諧波對臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

二、用戶電力技術(shù)

80年代以來，電力電子學(xué)已逐漸成為一門新興交叉邊緣學(xué)科，與此相對應(yīng)的現(xiàn)代電力電子技術(shù)也得到迅速發(fā)展。以計算機(jī)技術(shù)和功率半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)和先導(dǎo)，開關(guān)器件功率處理能力和切換速度有了顯著提高。采用電力電子裝置等高新技術(shù),在高效使用電能上已越來越多地被人們所認(rèn)識。

用戶電力技術(shù)(customPower)是美國電力科學(xué)研究院（epri）的n.g.hingorani博士繼在1986年提出柔性交流輸電技術(shù)（flexibleactransmissionsystem，簡稱facts）之后，于1988年針對配電網(wǎng)中供電質(zhì)量問題提出的新概念。其主要內(nèi)容是：對供電質(zhì)量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網(wǎng)和大量商業(yè)用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

facts技術(shù)和用戶電力技術(shù)都是以大功率可控硅為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)技術(shù)相比具有精確、快速、靈活等特點，是解決電能質(zhì)量問題的有效手段。根據(jù)解決問題的出發(fā)點不同，這兩種技術(shù)分屬于系統(tǒng)側(cè)技術(shù)與用戶側(cè)技術(shù)。柔性輸電裝置側(cè)重于輸電系統(tǒng)，具有工作電壓高，裝置容量大等特點，其功能常常是為滿足一個區(qū)域的多數(shù)用戶而設(shè)計的；用戶電力裝置側(cè)重于配電系統(tǒng)，具有工作電壓低，裝置容量小等特點，其功能往往是根據(jù)少數(shù)用戶的要求而設(shè)計的。盡管兩種技術(shù)的側(cè)重點不同，使用目的和經(jīng)濟(jì)評價標(biāo)準(zhǔn)不同，但是在使電網(wǎng)高度柔性化，提高輸電能力的效果上是一樣的。有些裝置甚至既可以用于輸電網(wǎng)，又可以用于配電網(wǎng)，例如有源濾波裝置（activepoweRFilter）和同步并聯(lián)補(bǔ)償器（statcom）等等。因此可以把柔性輸電技術(shù)與用戶電力技術(shù)看作同一種技術(shù)在電力系統(tǒng)不同方面的應(yīng)用。