新环境下配电网的静止无功补偿器分析

摘要：随着电力企业的不断创新和发展，新环境下的配电网中运用了更多的新设备。文章对新环境下配电网中的静止无功补偿器的应用进行浅入分析，提出配电网中的静止无功补偿器的改进和运用，提高了配电网中的配电功率影响因数，改善了电力企业电力质量。

关键词：配电网；静止无功补偿器；平衡电流

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0079-03

随着国家城市化进程脚步不断加快，我国的基础设施建设也有很大的改善，事关民生建设的电力部门更是加大了对城市乡镇供电系统的改进与发展。在新时期、新环境下我国的供电部门对提供电力的区域进行了分类，有城市区域、乡镇区域和工厂区域。这些配电网在我们日常的生活工作中起到了非常大的作用。本文将围绕着新时期、新环境下我国的配电网基本知识和概况、配电网中运用的静止无功补偿器的功能、作用等方面进行简单直观的论述。

1 配电网

1.1 新时期配电网概况

配电网是电力部门向需要用电的地方提供电力所运用到的一种分配电能的网络系统，是由一些电线、配电的变压器、控制开关及无功补偿电容构成的。过去我们国家的配电网络不是很完善，基本上就是给一些主要城市提供电力，时常出现配电网供给不足情况或是出现供电障碍等问题。随着时代的变化和发展，我国的配电网络变得越来越完善，配电网的管理和分配也趋于科学合理化，按照供电功能来分类就有城市配电网络、乡镇配电网络和工厂配电网络等。配电网络是一个庞大且结构复杂的系统，在供电的过程中总会遇到控制器开开关关的情况，很多地方的供电需求和使用电力的时间又不一样，这样的系统非常容易出现问题。

1.2 配电网络结构

我们可以把配电网网络想象成为一个拓扑图，这个拓扑图是由点和线组成。点我们可以想象成为是电源结点或开关结点，线就是传输电流的线路。第一种方法是关联表示法，在配电网的某一个区域内把结点连成矩形，对矩形中的点进行编号，以此类推，我们可以得到多个矩形，对这些矩形状的配电网络进行管理，这些矩形中有各自的结点或开关的控制编号，同时也具有自己小区域内的属性，这样对于庞大的供电系统来说，很方便管理，但是也有缺陷，当网络出现问题或是进行网络关联分析时会出现耗费时间和分析方法复杂等情况，很多时候不能快速解决问题。还有一种是消结点方法，即对配电网络中的点和线，通过消去一些点来减少计算量，提高计算速度。这对于复杂的线路分析是非常有用的，但是也会有一些影响，如配电网整体状态的评估很容易出现不稳定情况。现在的配电网中还有很多问题需要我们解决。

2 静止无功补偿器分析

2.1 静止无功补偿器

我们所熟知的静止无功补偿器有这些类型，可以控制电力功率饱和度的电抗器型、自控电力功率饱和度的电抗器型及互相影响控制的电抗器型。静止无功补偿器是一种可以控制处于变动中的无功功率补偿装置，它将可控的电抗器和电容器一起使用，让电抗器调节，使整个无功功率补偿装置顺畅地发出功率或吸收功率。现在我国在配电网中使用得最为先进的无功补偿器就是静止无功补偿器，它运用在一些电力产品经常使用的开关中，来实现无功补偿，不再像传统的无功补偿装置一样用大容量的电容器和电感器产生所需要的无功功率。静止无功补偿器主要应用于大功率的电网中，进行电力负荷补偿和输电线路的补偿，静止无功补偿器简称为SVC。现代配电网中SVC在电压控制和提高供电系统的稳定性方面起到了非常重要的作用。可以控制电力功率饱和度的电抗器型静止无功补偿器是由交流绕组和直接绕组组成，它包括两个部分，一个是电抗器，一个是可控饱和，这种形式的静止无功补偿器通过改变直接绕组的电流，调整饱和度，改变交流绕组的电感值；自控电力功率饱和度的电抗器型是随电抗值的改变而改变，吸收无功功率的多少；互相影响控制的电抗器型是运用晶匣管开关来控制电抗器，改变电抗器的电抗值。在我国的低中压供电、配电系统中静止无功补偿器被广泛地运用在改变功率影响因数、电压不稳定、电压的调整、供电质量、电压波动和平衡负荷等电压问题方面，这种新型的静止无功补偿器可以提供无功补偿、改善和调整电压，这给我们的电力部门带来了很大的帮助，减少了电力部门的工作量，提高了工作效率，减少了或是避免了配电网络的损耗，降低成本，给电力企业带来实惠。静止无功补偿器和电力电容器之间的对比如下图1所示：

图1 静止无功补偿器模式

从图1中我们可以了解到静止无功补偿器的三种模式。第一种空载运行模式，从图中可知它的波形和相量图数据，当Vs=Ve时，则Ics=0；第二种容性运行模式，从图中可知当Ve>Vs时，则Ics为超前电流，这时所起到的作用只是电容器作用；第三种感性运行模式，从图中可知，当Ve

2.2 静止无功补偿器平衡电流

静止无功补偿器主要控制电压，控制电压这种模式是将人为设定的电压与本身在配电网中测到的实际电压进行比较，这样我们将得到两者之间的一个值，然后对这个值进行计算，得出一个结果，根据这个结果，控制晶匣管电抗器TCR。静止无功补偿器利用控制范围内的电压和电流保持线性关系。

实际在配电网中测量到的静止无功补偿器电流和人为设定的、计算过的电压数值的差率相乘时，静止无功补偿器有信号。当静止无功补偿器为感性模式时，VSL取用正数；静止无功补偿器为容性运行模式时，VSL取用负数；彼此之间存在函数关系：G（s）=K1（1+sTQ）/s（1+sTp），从这个函数关系我们知道控制器反应速度与系数Tp存在联系。

静止无功补偿器可以实现多目标控制的统一，静止无功补偿器的控制器主要应用于功率影响因数中的电压封闭环节，它可以在不同的运行状态中引起电流质量问题，还可以实现彼此之间的自动切换功能。

2.3 静止无功补偿器基本原理和控制方法

从图2可知静止无功补偿器是将电抗器与配电网相连接，通过一些开关进行控制，使其发出或是吸收所需的无功电流来控制电压值大小，实现静止无功补偿。

图2 SVG基本电路结构

2.4 静止无功补偿器存在的问题

静止无功补偿器是一种晶匣管控制的无功补偿装置，它的控制方法在不断的改进和创新。静止无功补偿器使得电压变得稳定，功率因数提高，不和谐的波动都能自动地减小或是消除，现在我国的静止无功补偿器在实际运用方面还不是很成熟，有些地方还是存在问题，如闪变指示灯不能达到国家标准要求，动态响应大于特定值等，静止无功补偿器和我国配电系统的融合度还不是很高。我们配电系统用的是静止无功补偿器，这是以母线电压为控制对象进行控制调节，静止无功补偿器发出的无功功率可以提高电压的稳定性。在配电系统中有开合的无功控制也有闭合的无功控制。开合的无功控制主要是通过改变晶匣管和电抗器的感性无功电流，对电网负荷的无功功率进行计算，通过计算我们可以得出如下公式：

从以上的公式中我们能知道，通过一个完整的波长20ms内的三个电压，三个电流，计算需要补偿的总无功功率，进行三方面的平衡补偿。这上面涉及到的量有不同电压Uab、Ubc和Uca，不同的电压负荷电流ia、ib和ic这些因量。我们通过一些定律和无功控制等方法，计算和导出这些控制功率的因数，三者达到一个平衡则会进行一种对等的补偿。静止无功补偿器还有一种闭合的电压控制方式，这也是以静止无功补偿器中的母线为控制对象进行的无功补偿，这种闭合式的无功控制是直接对母线进行稳定并且不受到负荷电流的影响，有利于配电网中电压保持稳定性。

2.5 静止无功补偿器中晶匣管控制方式的改善

图3 晶匣管控制运行周期图

图3是晶匣管触发控制过程图，从图3中我们可以知道晶匣管是以周期进行运动的，静止无功补偿器有时响应速度较慢，是由于晶匣管周期运动的幅率比较短，我们一般用电压波的形式来进行晶匣管的说明和描述，静止无功补偿器的运行周期较短，一般是以每秒20米进行周期活动，我们可以知道彼此之间的周期运行都是从各自的1和180开始计算，然后在90和270之后进行回转运行。不同的运行时刻和回转的时间对晶匣管的计算值都有一定影响，如果我们能做到延长晶匣管的回转运行时间，有利于静止无功补偿器动态响应时间缩短，发挥晶匣管和静止无功补偿器的正常功能，提高效率。

静止无功补偿器与配电网络进行融合连接之后，我们的配电网络就能完成不同的功能，配电网络的母线电压上升，三相电压变得稳定。在我国的电力系统中出现过很多的问题和故障，如配电网络系统瘫痪、负荷电流时大时小等。这些问题的出现一方面说明我国的配电网络不完善，另一方面暗示我国的电力网络有待完善和加强。配电网络正常情况下会有一些小干扰和机器震荡，这些都会引起电力系统中的系统阻尼现象，由于阻尼依赖输电系统设计、系统的电压负荷状态及发电机的设计等原因，这些不利因素慢慢的累积会给配电网络带来深层次的问题隐患，没有问题则好，一旦出现问题则会给配电网络带来沉重打击。

静止无功补偿器在它的容量范围内产生无功功率用来维持电压的恒定不变，这给我们配电系统的稳定性提供了保证。我们可以把静止无功补偿器想象成为一台同步机，速度保持在一定的范围内并且速度相对很快。

静止无功补偿器中的无功功率建立在一种变磁感应基础上，进行能量的转换和传递，静止无功补偿器中的无功功率是对需要的电功率进行磁场改变和磁感应，进行的转换和传递运动。无功补偿是发电机或是一些电线提供的我们所知的静止无功补偿器中的无功功率，无功补偿一般是由于满足不了配电网负荷的需求度，配电网中人为地设置一些补偿装置来进行无功功率的补充，这样既不会造成电力系统的压力，又能满足用户对配电网中无功功率的需要，这样很多需要在额定电压中进行工作的电器设备才能正常工作，不会出现短路或是电器被烧坏的情况。静止无功补偿器中无功补偿一般有三种补偿方式：一种是低压个别补偿，是配电网中某些区域需要处于低压状态，这样可以平衡其中的个别高压区域；一种是低压集中补偿，在配电网中的某些地方我们需要大量的低电压，那么根据低压母线上的无功负荷和低压开关进行整合获得集中补偿；一种是高压集中补偿，一般适用远离电压场所的供电，这是将静止无功补偿器与电容器进行融合在高压母线上的补偿方式。

3 结语

我们国家的电力企业是国民经济的基础和主力军，这些年我国的经济一直都在快速发展，电力企业也在新的时代下不断进步，但是我国的电力企业与欧美发达国家相比较，我国配电网中电能的损耗非常大。电力资源是一种有限资源，是经过其他资源进行能源的二次转换过来的，我们要珍惜和节约。面对电能在我国配电网中损耗如此之大，我们加强国家配电网络系统的节能工作显得非常重要。本文主要讨论的就是配电网中运用的一种新装置，静止无功补偿器装置，这种新的补偿装置，满足了我国配电网络系统的无功补偿需要，保证了配电网中电压的稳定性，提高了电压功率因数，让我国配电网络系统变得越来越完善和稳定。但是静止无功补偿器也存在一些问题，这些问题需要我们在配电网络实际的操作中去防止和解决。静止无功补偿器投入到我国供配电网络系统中使用，起到了非常重要的作用，避免了很多不必要的电力资源浪费，为我国供配电网系统注入了一股新力量。

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作者简介：杨永清（1981-），男，河北任丘人，供职于神华陕西国华锦界能源有限责任公司，研究方向：热能与动力工程。endprint