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混合式无功补偿装置在工程中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-29  来源:《电气&智能建筑》  作者:李舒彬
  1 规范要求
 
  (1)规范《江苏省绿色建筑设计标准》DGJ32/T173-2014第10.2.6条,第10.2.7条,第10.2.8条,第10.2.9条,第10.2.10条明确规定了公共建筑采用低压(AC380/220V)供电,任一路进线大于100kW需要进行无功补偿,补偿后进线处功率因数不应小于0.9,同时无功补偿应采用智能型免维护自动补偿装置,应有过零自动投切的功能,并有抑制谐波、抑制涌流措施。低压无功补偿应采用分相补偿或混合补偿,采用混合补偿时其分补容量不应小于总容量的40%。并强调公共建筑进线处应装有谐波测量仪表,检测用户向电网注入的谐波量。注入电网谐波量不得超过《35kV及以下客户端变电所建设标准》DGJ32/J14—2007的规定,超过时应采取措施治理。
 
  (2)对于公共建筑本身设有独立变电所是规范《35kV及以下客户端变电所建设标准》DGJ32/J14—2007的要求与绿色建筑相关的条文为4.0.1,4.0.3,4.0.5,4.0.6,4.0.8,5.0.3,5.0.4,5.0.5等。其中4.0.1条供电电压在10kV及以上的用户,功率因数不低于0.95.
 
  2 公共建筑的谐波
 
  现代化社会中大量使用的LED灯、变频器、UPS、电梯、计算机设备等。这些非线性负载产生大量的谐波电流并注入到电网中,使电网电压产生畸变,这种谐波对电网的“污染”会对电网和用户产生严重的危害。谐波的主要危害为:①加大线路损失;②是无功补偿设备中电容器过载发热,加速老化甚至击穿;③导致保护装置和自动化设备误动作;④引起电网谐振;⑤可能会对通讯控制系统、大型精密实验、医疗诊断治疗设备等产生电磁干扰,引起控制系统故障或失灵;⑥零序谐波导致中性线电流过大,造成中性线发热甚至火灾等。
 
  3 TSC常规电容补偿
 
  目前最常用的无功补偿设备为直接并联电容器或采用接触器负荷开关(或晶闸管)等方式投切电容器与电抗器进行无功补偿,改善系统的电压水平和负荷的功率因数,但此种方式无法跟上负荷的快速变化,同时因为每组投切的电容器容量固定,所以只能阶梯式投切无功补偿容量。补偿精度差无法提供较好的补偿效果。电容器回路串接电抗器一般为电容容量的6%或7%,电抗器作用是可以抑制电容回路分闸时的涌流,保护电容不致受冲击电压损害,另一个作用是可以抑制局部的谐波电流。如电抗器采用6%,可以抑制5次谐波;电抗器采用12%,可以抑制3次谐波;电抗器采用7%抑制,可以7次谐波。也只能补偿感性。
 
  4 SVG静止无功发生器
 
  静止无功发生器的英文描述为:Static Var Generator,简称为SVG.SVG基于电压型逆变器原理,使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)来控制逆变交流电压的大小和相位,从而达到无功补偿的目的。由于IGBT的开关频率很高(可达几十kHz),所以SVG可以快速对无功负载进行补偿,同时可以达到非常高的补偿精度,SVG是目前无功功率控制领域内的最佳方案,相对于传统的以TSC为代表的SVC相比,SVG的调节速度更快(5ms~10ms内的响应速度),补偿精度高(补偿后功率因数达到0.99以上),补偿方式灵活(既可以补偿感性无功也可以补偿容性无功),而且在采取PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。SVG无需大容量的电容器和电抗器做储能元件,占地面积小于传统的TSC/TCR无功补偿方式,工程设计和安装工作量比较小。
 
  5 混合式无功补偿装置
 
  目前常用的无功补偿设备为直接并联电容器或采用接触器、复合开关或晶闸管等方式投切电容器与电容器进行无功补偿,改善系统的电压水平和负荷的功率因数,但此种方式无法跟上负荷的快速变化,同时因为每组投切的电容器组容量固定,所以只能阶梯式投切无功补偿容量,补偿精度差,无法提供较好的补偿效果。如果电容配置的不当,又可能补偿过头或达不到补偿的目标值。同时采用的电抗器容量配置一般为6%、7%,也只能满足局部的单次谐波。但这种方案造价相对便宜。
 
  静止无功发生器(SVG)开始逐渐的进入无功补偿领域,SVG采用全控型电力电子器件(多为IGBT)组成的桥式变流器来进行动态无功补偿,由于IGBT的开关频率很高(可达几十kHz),所以SVG可以快速对无功负载进行补偿,同时可以达到非常高的补偿精度,补偿后功率因数达到0.99以上。同时也能有效抑制各种谐波。但目前由于技术、工艺及元器件的限制,大容量使用SVG的成本十分昂贵,无法满足普通无功补偿用户的需求。
 
  鉴于两种补偿的特点,将其两种补偿装置混合在一起。根据工程中负荷的分布情况及所采用的变压器容量,选用25%~40%比例的SVG发生器,余量采用投切型电容器、电抗器组合的配置方案。这样既满足了投切精度,又能降低工程投资。小范围的(25%~40%比例)的补偿、或小容量的补偿、微调等由SVG发生器工作,大容量的补偿切换就采用TSC常规电容补偿。这种组合满足规范要求的‘智能型免维护自动补偿装置、具有过零自动投切的功能、并有抑制谐波、抑制涌流措施’等。并在系统中安装谐波测量仪表,检测用户向电网注入的谐波量,其补偿系统如下图所示。
 
 
 
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