零过渡动态无功补偿技术的实践应用

零过渡动态无功补偿技术的实践应用

杜超超 文接南

绿色湾区（广东）能源服务有限公司 ，广东中山 ， 528400

摘要：随着信息技术的不断进步，工业生产自动化和智能化水平的不断提高，对现有电能质量及容量提出了更高的要求，各种生产设备对电网的供电质量要求也越来越高。随着电网能源结构转型及间歇性新能源的大规模发展，远距离特高压输电、电网电力电子化对无功补偿技术的补偿容量、响应速度、协调策略等方面提出更高的要求。因此，需要选用良好的无补偿装置保证系统功率因数，保证设备用电安全及使用效率，与此同时为了减少现场谐波威胁，整体提高电网的安全性及稳定性。为了提高企业中供配电系统的功率因数，分析零过渡动态无功补偿装置的优势。基于此，本篇文章对零过渡动态无功补偿技术的实践应用进行研究，以供参考。

关键词：零过渡；动态；无功补偿技术；实践应用

引言

在社会经济快速发展的过程中，城市现代化发展的脚步也在不断加快，建筑物数量与日俱增，使得电力资源的使用率随之上涨，促使整个电力行业迎来了发展的黄金时期。无功补偿技术是利用无功补偿设备提供的无功来补偿系统缺少的无功功率，或吸收系统多余的无功功率维持无功平衡。实际应用中应根据不同需求采用不同的补偿装置及策略，来使得系统无功功率达到平衡状态，从而维持电压稳定、降低网损和提升功率因数。随着能源结构转型，风电等间歇性、波动性新能源机组占比增加，火电等传统机组占比下降，用于维持电网电压的可靠稳定无功源不足，因此需要更多适用于电网新形态的无功补偿技术和设备。

1相关概述

1.1零过渡过程动态无功补偿的技术特点

零过渡过程无功动态补偿装置的原理是，将电网视为一个有机整体，控制三相电路的大功率开关是执行机构，ARM嵌入式系统是控制单元，系统通过收集系统和无功补偿装置的电气信息和零过渡条件，自动监测和分析系统和无功补偿装置的运行状况，并根据系统无功的实际变化确定剪切电容器组的数量。根据电磁节能原理，当电容器无需放电时，可在系统零次转换时选择动态投切电容器组，使动态电流和电网电压的非周期衰减分量接近零次，如下所示该装置的技术特点如下:(1)安全性:零过渡时动态剪切电容器组有效避免过电压、过电流等问题。切断电容器组时，不仅延长了无功补偿装置的寿命，使其达到3至4倍，而且提高了系统中其他设备的寿命和效率。(2)环保:无功补偿装置在运行过程中，本身不会产生谐波、振荡或流量，不会导致电压波形失真。相反，它具有抑制谐波和吸收部分同质性、消除冲击载荷引起的电压波动的明显效果，并可在提高电压质量方面发挥有效作用

1.2无功补偿原理

无功功率是电力系统中不可或缺的重要功率，对于稳定电力系统的电压以及感性设备的正常运行起到至关重要的作用。无功功率分为感性无功功率和容性无功功率两种，感性负荷消耗无功功率，为无功负载；容性负荷发出无功功率，为无功电源。在低压电网中，异步电动机是最常见的感性负荷，其正常运行需要无功功率提供磁场能，另外，电网中对于供电安全可靠运行起到至关重要作用的变压器、电抗器等设备的正常运行也离不开无功功率。如果不采取无功补偿技术，负荷所需的无功功率只能远距离通过输电线路送给负荷，这将导致输电线路功率因数增加、供电末端电压降低以及电能损耗增大。如果将容性负荷与感性负荷并联在一个母线上，在同一电压向量下，感性负荷和容性负荷电流方向相反，相当于容性负荷为感性负荷提供无功功率。因此，通过负荷侧并联安装电容器等器件或成套无功补偿装置，即可降低电网电源向负荷设备提供的无功功率，进而大幅降低电网输送无功功率引起的电能损耗，提高供电效率。无功补偿通过提高供电功率因数，将当前功率因数φ提高到目标功率因数φ＇，降低了供电线路的功率损耗。

1.3动态无功补偿装置

动态无功补偿装置不同于通过触点开关控制的并联电容器补偿装置，该装置应用现代电力电子技术，利用电力电子器件（IGBT）高频开通和关断控制电流波形输出，实现快速跟踪式精确无功补偿，输出电流可以根据负荷需求输出感性电流或容性电流。动态无功补偿装置能够实现动态快速补偿，具有响应速度快、调节方式灵活、占用空间小、模块化设计、维护方便的特点。该动态补偿装置造价高，主要应用在负荷快速变化的场合，例如汽车生产线中的焊接负荷，能够满足毫秒级快速无功功率投入和切除的要求。

2无功补偿方式存在的不足

如果无功补偿的方式不合理，就会给线路电力传输造成严重的失衡问题，具体的表现为：受无功补偿谐波问题的影响，使得线路中抗谐波能力无法满足线路的实际需求，缩短了无功补偿电容器的使用时间，如果电流过大，就会使电容器发生损坏，给电路中的谐波带来了巨大的影响，无法满足无功补偿的标准。在分析线路补偿问题以后发现，线路损耗情况非常的复杂，电力部门仅对线路功率因数补偿进行了考虑，这就很难实现对线路损耗问题的高效处理。线路的无功补偿受无功倒送问题影响非常严重，无功倒送会不断提升线路中的电压值，使得大量的无功功率产生，给线路电能传输造成了严重的影响。线路中使用的设备和无功补偿设备会存在着很多的潜在问题，无法保证电路中的电能质量，线路中的电压出现波动以后，电力系统的切换量就会随之发生改变，与实际产生较大的差距，给无功补偿造成了一定的影响，使电力系统的实际需求无法得到满足。

3零过渡动态无功补偿装置在电厂厂用电系统的应用

为响应国家节能减排的环保指标，同时提高供电设备的安全性和可靠性，平海电厂对1号机组厂用电系统的电除尘380V配电段进行了母线加装零过渡动态无功补偿装置的术改造，其系统接线如图1所示。

改造前后，分别用“HIOKI3196电能质量分析仪”对1号机组电除尘380V配电段A段、B段进行了数据采集，对比分析在安装“GX-LDB2-630/0.4NK”型零过渡动态无功补偿装置前后的运行参数及电能质量数据，对比数据如表1所示（机组负荷900MW）。表1中，降损率的计算方法采用电流对比法。根据表1统计数据和已知数据，可以得出以下分析结论。

3.1安全性分析

装置投运后，电除尘1A段电流从1661A降至1495A，降低了166A，母排温度最高点从约86℃降至约77℃；电除尘1B段电流从1771A降至1596A，降低了175A，母排温度最高点从约87℃降至约75℃。说明装置投运后，在有功功率不变的情况下，因为补偿了大量的无功，母线电压得到升高，从而降低了运行电流，也降低了母线运行温度，大大提高了设备运行的可靠性。

3.2经济效益分析

研究表明，在电网的经济运行过程中，每补充相应的无功功率，就可以减少电网内部一定量有功功率的消耗，这就是无功经济当量KQ的概念。根据国家标准《电力变压器经济运行》（GB/T13462—2008）对无功经济当量的规定，无功经济当量KQ为变压器每减少1kVar的无功功率消耗引起其受电网所减少有功功率损耗，其取值参考表2。

总而言之，根据该厂1号机组电除尘380V1A、1B段应用“零过渡动态无功补偿装置”的实践，从数据分析情况来看，改造后的系统各项参数均得到了优化提高，降低了能量损耗，达到了节能减排目的的同时，也很大程度上改善了电能质量，提高了设备安全运行的可靠性和稳定性。

结束语

储能、新能源机组及无功补偿装置的暂态稳态协同控制是未来新能源场站无功补偿主要形态。随着新能源大规模推广应用，风电等新能源机组将成为未来电网主电源，其本身的无功补偿能力有待进一步挖掘，为提高新能源场站灵活性而配置的储能系统也具备无功补偿功能。储能电站与其他无功源之间的协调控制策略以及联合规划属于非线性混合整数规划问题，其求解与优化都十分复杂，还需进一步深入思考与研究。

参考文献

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