隨著電動(dòng)機(jī)等非線性負(fù)載的增多，低壓配電網(wǎng)的功率因數(shù)、諧波電流、電壓閃變、三相不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題變得日益突出。這些問(wèn)題會(huì)造成工業(yè)、商業(yè)、居民等用戶電費(fèi)的增加、計(jì)量?jī)x表準(zhǔn)確度失真、變壓器等設(shè)備損耗增大，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致變壓器等設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)的低壓無(wú)功補(bǔ)償采用成組投切電容器或智能控制投切電容器，由于受電容器組本身容量和投切時(shí)間的限制，往往造成欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，特別是由于電容器補(bǔ)償容量和線電壓平方成正比關(guān)系，當(dāng)電動(dòng)機(jī)低電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電容器補(bǔ)償往往難以滿足快速補(bǔ)償?shù)男枨蟆?SPAN lang=EN-US>
配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償裝置（Distribution STATic COMpensator)是一種綜合有源濾波器(APF)，是采用先進(jìn)的現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論技術(shù)、通信技術(shù)、制造技術(shù)和工藝技術(shù)研制和生產(chǎn)的新型配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制和節(jié)能節(jié)電裝置。在理論上對(duì)與該裝置的功能和實(shí)現(xiàn)方法作了探討和研究。本項(xiàng)目的研制人員在大量汲取國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的具體情況，研制了一種新型的配電網(wǎng)同步補(bǔ)償裝置。本裝置能夠解決動(dòng)態(tài)連續(xù)的無(wú)功補(bǔ)償，具有功率因數(shù)梭正等功能，并且響應(yīng)速度快。適用于電壓為380V的配電系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于供電企業(yè)、油田、冶金以及對(duì)電能質(zhì)量要求較高的精加工企業(yè)，可動(dòng)態(tài)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)無(wú)功功率的輸出或提高功率因數(shù)、消除電流諧波、平衡三相負(fù)載、抑制電壓閃變等，與配電網(wǎng)電容器補(bǔ)償相比可以顯著地改善電能質(zhì)量和提高城市配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1裝置功能
根據(jù)國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的具體情況，研制的配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償裝置(D-STATCOM)具有如下功能:(1)采集、計(jì)算和處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析并記錄實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。(2)快速動(dòng)態(tài)連續(xù)的無(wú)功補(bǔ)償:D-STATCOM的功率器件是采用大功率的絕緣柵雙極型晶體管(IG-BT)，開(kāi)關(guān)頻率為6.4kHz，在每個(gè)工頻周期內(nèi)動(dòng)作128次，響應(yīng)時(shí)間小于0.2ms，因此可以快速補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功。在補(bǔ)償容量范圍內(nèi)，裝置投運(yùn)后功率因數(shù)不低于0.950 (3)諧波治理:在容量范圍內(nèi)補(bǔ)償配電網(wǎng)電流的低次諧波。降低諧波損耗，延長(zhǎng)用電設(shè)備的使用壽命。(4)平衡三相負(fù)載:采用分相補(bǔ)償方式，利用直流儲(chǔ)能元件，重新分配三相的功率流動(dòng)，當(dāng)三相負(fù)載不平衡時(shí)，裝置對(duì)變壓器輸送過(guò)來(lái)的功率進(jìn)行重新分配，保證電源輸送過(guò)來(lái)的三相電一流平衡，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。(5)抑制浪涌沖擊，降低系統(tǒng)電壓的波動(dòng)和閃變。
2裝置工作原理
2.1諧波治理
電力系統(tǒng)中負(fù)荷電流可以分解成為兩部分，一部分是基波正弦電流部分，另一部分是諧波電流，兩部分之和是總的負(fù)荷電流。進(jìn)行諧波治理時(shí)，將配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償裝置安裝在系統(tǒng)與負(fù)荷間的線路上，通過(guò)采用相應(yīng)的控制策略，使得該補(bǔ)償裝置能夠產(chǎn)生負(fù)荷電流中的諧波電流部分，這樣從系統(tǒng)側(cè)來(lái)看，電源只需要向負(fù)荷提供基波正弦的那一部分電流，也就是說(shuō)，系統(tǒng)電流的諧波被消除了。其中，控制效果與控制裝置的能力、控制策略，與負(fù)荷及系統(tǒng)狀況相關(guān)。
2.2無(wú)功補(bǔ)償
當(dāng)系統(tǒng)的功率因數(shù)太低時(shí)，會(huì)造成較大的線損，同時(shí)大大減小線路的實(shí)際可傳輸容量，這時(shí)需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。與前面的諧波治理相似，同樣可以把電流分解成為兩部分，一部分是與電壓完全同相位的電流，即有功電流，另一部分是與電壓成90度夾角的電流，即無(wú)功電流。
與諧波治理相似，將配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償裝置安裝在系統(tǒng)與負(fù)荷間的線路上，通過(guò)采用相應(yīng)的控制策略，使得該補(bǔ)償裝置能夠產(chǎn)生負(fù)荷電流中的無(wú)功電流部分，這樣從系統(tǒng)側(cè)來(lái)看，實(shí)際上電源只需要向負(fù)荷提供有功電流，也就是說(shuō)，系統(tǒng)電流的功率因數(shù)理論上被補(bǔ)償為1。實(shí)際的控制效果與裝置的容量、控制策略、同步信號(hào)等方面相關(guān)。
2.3平衡負(fù)載
在理想情況下，系統(tǒng)的三相電流應(yīng)該是對(duì)稱平衡的。然而一般情況下，系統(tǒng)三相電流總是存在著或多或少的不平衡、不對(duì)稱。當(dāng)這種情況比較嚴(yán)重的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大的中線電流，對(duì)配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)在安全上和經(jīng)濟(jì)上都是不利的。同樣，可以將電流分解成兩部分:一部分是三相對(duì)稱平衡的電流，這一部分正是系統(tǒng)電流的基波正序部分;另一部分則是系統(tǒng)電流的不對(duì)稱部分，這一部分是系統(tǒng)電流的負(fù)序和零序電流之和。
為平衡負(fù)載，將配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償裝置安裝在系統(tǒng)與負(fù)荷間的線路上，通過(guò)采用相應(yīng)的控制策略，使得該補(bǔ)償裝置能夠產(chǎn)生負(fù)荷電流中的不對(duì)稱部分，即負(fù)序電流和零序電流，這樣從系統(tǒng)側(cè)來(lái)看，實(shí)際上源只需要向負(fù)荷提供三相對(duì)稱平衡的基波正序電流，也就是說(shuō)，對(duì)系統(tǒng)而言實(shí)現(xiàn)了負(fù)載平衡。實(shí)際的控制效果與裝置的容量、控制策略、同步信號(hào)等相關(guān)。
根據(jù)以上所述的工作原理和功能設(shè)計(jì)的D-STATCOM裝置，并聯(lián)接在系統(tǒng)與負(fù)載之間的，其接線方式如圖1所示。
3應(yīng)用效果
在某油田饋電線安裝D-STATCOM裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)D-STATCOM裝置的布位情況，分為集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償兩種方式。其中集中補(bǔ)償是根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)娜萘?，在變壓器的低壓出口處安裝D-STATCOM裝置，以補(bǔ)償其所帶的幾臺(tái)抽油機(jī)負(fù)載;分散補(bǔ)償是按照每臺(tái)電動(dòng)機(jī)需要補(bǔ)償?shù)娜萘?，在電?dòng)機(jī)負(fù)載就近安裝裝置。
(1)集中補(bǔ)償時(shí):通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算，可得出表1中所示的低壓側(cè)與高壓側(cè)在投人裝置前、后所對(duì)應(yīng)的電流值。
(2)分散補(bǔ)償時(shí):由于抽油機(jī)布點(diǎn)較多，而實(shí)驗(yàn)用D-STATCOM裝置數(shù)量有限，因此選取了七個(gè)點(diǎn)安裝裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)如表2所示，根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出表3的結(jié)果。
通過(guò)對(duì)節(jié)能效果的分析對(duì)比得出:在相同補(bǔ)償容量的情況下，分散補(bǔ)償方案較集中補(bǔ)償方案節(jié)能效果要好，但分散補(bǔ)償需要安裝的裝置數(shù)量較集中補(bǔ)償?shù)亩?。因此在具體現(xiàn)場(chǎng)使用裝置的時(shí)候，可根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)娜萘恐贫ㄒ徽椎目傮w規(guī)劃，達(dá)到既能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)墓δ?，又使投資最小的配置方案。
在某油田計(jì)量間安裝D-STATCOM裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表4所示。從表4的數(shù)據(jù)可以看一出，在D-STATCOM裝置投運(yùn)后，系統(tǒng)電能質(zhì)量的各項(xiàng)參數(shù)都有了比較大的改善和提高。
4結(jié)論
電能質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益。美國(guó)、日本等國(guó)在高壓、大容量電力電子裝置的研發(fā)先行一步，但在基于電力電子技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化方面相對(duì)而言投人不大。在我國(guó)，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(wèn)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(guó)的情況尤其落后。如何提高和保證電能質(zhì)量，已成為國(guó)內(nèi)外電工領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一。國(guó)內(nèi)在SYC(靜止無(wú)功補(bǔ)償)的研究較多，目前有比較成熟的產(chǎn)品。但在動(dòng)態(tài)連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償及諧波洽方面的研究起步較晚，還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品。如何利用電力電子技術(shù)開(kāi)發(fā)一種實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理，補(bǔ)償三相不平衡負(fù)荷和零序電流的裝置將是近幾年技術(shù)發(fā)展方向。本文給出的D-STATCOM對(duì)于提高電能質(zhì)量有很好的效果。
通常、鋼鐵、冶金、礦山、電氣化鐵路、風(fēng)電廠以及其他具有或者靠近沖擊件負(fù)荷和大容量電動(dòng)機(jī)的工業(yè)領(lǐng)域，特別需安裝配電網(wǎng)分散無(wú)功補(bǔ)償器(D-STATCOM)以提高電能質(zhì)量、供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于城市配電網(wǎng)中，尤其是醫(yī)院、金融、電訊、科研院所、電子信息和商業(yè)等重要場(chǎng)所的供電，更加關(guān)注供電的可靠性和供電的質(zhì)量。因此D-STATCOM裝置將具有很大的應(yīng)用前景。
（轉(zhuǎn)載）
