静态品种补偿机构介绍

静态 Var 补偿器(SVCs)是散射连接的软AC传输系统(FACTS)设备,旨在高压传输和分配网络中提供快速,动态的被动电源补偿. SVC几乎瞬间注入或吸收被动电源,有助于维持电压稳定性,改善电源系数,减少输电损失,提高现有线路的电源转移能力. 它们在毫秒内对电压波动作出反应的能力使得这些电网在现代电网中不可或缺,特别是那些将可再生能源如风能和太阳能相结合的电网. 本指南深入地审视了SVC的主要部件,其个人功能,以及它们如何共同努力提高电源系统性能.

静态品种补偿的主要组成部分

SVC系统包含几个关键子系统:动力电子切换元件,反应电源存储装置(反应器和电容器),口腔滤波器,精密的控制系统,以及冷却系统和保护继电器等辅助组件. 每个组件都是被设计来完成特定角色的,它们的协调操作定义了补偿器的整体能力.

叶赫里托尔·瓦夫斯: 开关之心

Thyristor阀门是SVC的核心电源电子组件,它们由高功率的Thyristor(通常为硅控制的整流器,SCR)组成,以连续和平行的配置来承受所需的电压和电流的评级。这些阀门作为快速的电子控制开关,可以在几微秒内打开和关闭。通过调整射角(电源触发的相角),控制器会改变连接的反应堆或电容器库的有效反应。这使得SVC能够顺利地调制响应电源输出,从最大电源(吸收瓦)到最大电容(供给瓦),现代的Tyristor阀门是热管理用水冷的,并加入螺旋电路,以便在切换时抑制电压的转速。

反应电源存储:反应堆和电容器

单体电磁共振中反应能量的实际储存和交换由两种被动元件处理:

  • 热力控制反应堆: 这些是连着热力阀的空气核心铁核反应堆。通过改变射角,TCR绘制出一系列连续的导电流,吸收系统产生的反应力。在完全导电时,TCR吸收其额定反应力;在零导电时,它吸收不了任何。反应堆本身必须设计处理被切割的波形产生的谐振流。
  • 热电源-开关电源(TSC)和机械切换电源(MSC): 电源库提供电容反应力. TSC使用热电源阀门进行电源步骤的切换(通常是离散步骤),提供快速的步态能力,而不会机械切换器的过渡延迟. MSC较慢,但对大型,很少调整的银行更经济. TCR和TSC的结合允许连续,双向的电源控制.

谐波过滤器

胸腔阀在TCR中的切换动作会产生谐波电流(主要是5,7,11,13等谐波电流),如果留置不过滤,电源质量可以降低. 专用的谐波滤波器因此是任何SVC安装中不可或缺的部分. 这些滤波器通常是被动的LC电路,调节到特定的谐波频率. 它们为谐波电流提供了低阻路径,使其偏离电源系统. 常见的滤波器配置包括:

  • 单调滤波器:[] 系列RLC电路调谐到特定的谐波频率(如第5调谐).
  • 高通滤波器:在广泛的较高频率上提供减速.
  • 涂装滤波器:[ 与导电器平行结合一个阻塞器,以扩大滤波带,降低共振风险.

在基本频率上,滤波器还贡献了电容反应力,在SVC的整体设计中被计算在内. 现代滤波器库通常包括解调反应堆,以防范系统频率变化.

管制和管制系统

SVC的智能存在于其基于数字或微处理器的控制系统之中. 控制器通过潜在变压器持续监测系统电压(通常在常见的耦合点,PCC),将测量的电压比作参考定点,为胸腺阀产生一个射击角指令,以调整反应功率输出. 控制算法可以基于:

  • 电压调节: 将总线电压维持在预先确定的死带内.
  • 功率系数控制: 使功率系数保持在理想值.
  • 反应电源控制:在MVAr注射或吸收的定点之后.
  • 防潮控制:[] 添加补充信号,用于防潮功率振荡.

控制系统还包含了保护功能,如过压,压低,过流,过热等限制,它协调了海生委和MSC步骤的切换. 高级控制器使用与其他FACTS设备或电网操作器的实时通信,参与广域电压稳定计划.

SVC 配置类型

虽然所有SVC都拥有上述组件,但可以按不同的地形排列,以满足具体的成本和性能要求:

  • TCR + TSC: 最常见的配置,提供连续的导电和电容控制. 通常一个 TCR 和几个 TSC 步骤.
  • TCR + MSC: 一种成本较低的变体,其中较慢的机械开关处理大型电容器步骤,而TCR则提供精细的导电控制.
  • FC + TCR: 固定电容器库(FC)提供基电容器补偿,电容器的电容吸收方式不同,比较简单但灵活性较低.
  • 热力转换反应堆(TSR): 一种不太常见的配置,即反应堆在离散步骤(如TSC)中进行切换,以进行导电性唯一补偿,经常与其他元素结合使用.

电力系统应用

跨输电网和配电网的多种应用中都部署了SVC:

  • 传输电压支持:在重负重期或扰动(如线绊动)后,在限量范围内保持电压.
  • 工业动力质量: 减少电弧炉、滚磨机和焊接设备产生的闪烁。
  • 风力场集成: 补偿风力涡轮机的可变反应功率输出,特别是在低压骑行事件期间.
  • HVDC转换器站支持:在反转站提供反应电容吸收,稳定AC电压.
  • 铁路电气化:[] 平衡单相负载和沿牵引线的减压降伏.

福利和限制

福利:]

  • 非常快的反应(一般小于一个周期,60赫兹系统约16ms).
  • 持续和顺利控制一个广泛的反应力范围.
  • 能够改善系统加固和瞬时稳定性。
  • 通过降低切换压力,延长机械切换电容器库的寿命.

限制:]

  • 产生口琴,需要过滤和仔细设计.
  • 与机械转换补偿相比,初始成本较高。
  • 需要冷却系统 和定期维护胸膜阀门。
  • 如果过滤器和系统障碍相互作用不善,则会产生共鸣问题。

未来趋势

SVC技术的演化正在进行中. 现代SVC越来越多地使用基于IGBT的电压源转换器(VSC),导致STATCOM(Static Synchoronous Compensator)技术,它提供更快的响应,在AC一侧没有谐波生成,对可比的评级的足迹较小. 然而,传统的SVC对于可以管理谐波器的高功率应用来说仍然是成本效益高的. SVCs与STATCOMs或能量存储相结合的混合解决方案也正在出现,既提供反应性动力支持,又提供主动动力支持.

结论

静态阀补偿器是成熟、可靠和高效的动态反应电源补偿装置。理解其组件——电压阀、反应堆、电容器、滤波器和控制系统——对于负责设计、操作或维持现代电网的工程师来说至关重要。随着可再生渗透率的提高和电网的加强,SVC在维持电压稳定性和电源质量方面的作用只会增加。为了进一步阅读,请参考 有关FACTS设备的IEEE标准 Siemens Energy 或ABB(现为Hitachi Energy)的技术小册子。