電力技術---電能質量柔性控制裝置

?????隨著現代科學技術的發展，一方面，造成電能質量問題的因素不斷增長，如以電力電子裝置為代表的非線性負荷的使用、各種大型用電設備的啟停等；另一方面，各種復雜的、精密的、對電能質量敏感的用電設備不斷普及，人們對電能質量及可靠性的要求越來越高。上述問題的矛盾越來越突出，這使得電能質量問題對電網和配電系統造成的直接危害和可能對人類生活和生產造成的損失也越來越大，電能質量直接關系到國民經濟的總體效益。

?????對供電質量及可靠性的要求日益提高是和用戶的工藝過程水平的發展相聯系的，近代科技進步又促進生產過程的自動化和智能化，對電能質量提出了更高更新的要求。一個計算中心失去電源2s就可能破壞幾十小時的數據處理結果而造成上百萬元的經濟損失。在大型機器制造廠，0.1s的電壓突降就可能造成異常的生產狀況和質量破壞。當今自動化設備控制的連續精加工生產線，它們對配電系統中的干擾異常敏感，幾分之一秒的不正常供電就可能在工廠內部造成混亂，其損失是難以估量的。這些用戶對不合格電力的容許度可嚴格到只有1～2周波。現代化的商貿中心、銀行、醫院也是如此。諧波的嚴重危害和所造成的損失經常被人們所提及，而無人值守變電站中計算機系統突然出現的死機現象，大多屬于電能質量問題。

?????在我國,雖然總體經濟和技術水平還比較落后，但在部分經濟發達地區電能質量問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電壓幅度的穩定水平等指標上，我國的情況尤其落后。如何提高和保證電能質量,已成為國內外電工領域迫切需要解決的重要課題之一。

?????近段時間提出的系統化綜合補償技術是解決電能質量問題的“治本”途徑。對于穩態時的電壓質量問題有許多成熟的措施加以解決;但對于動態電能質量問題,依靠傳統的無功補償和常規的濾波裝置則不能有效地解決,因為諸如電壓跌落(sags)、浪涌(surge)、電壓脈沖(impulse)與瞬時供電中斷(outage)這類電能質量問題持續的時間很短、變化很快,并且有的電能質量問題還伴隨著部分甚至全部的有功損失等情形。

?????作為facts(基于電力電子技術的靈活交流輸電系統)技術與配電系統應用的延伸—dfacts技術已成為改善電能質量的有力工具,該技術的核心器件igbt，它比gto具有更快的開關頻率，并且關斷容量已達到一定規模，因此dfacts裝置具有更快的響應特性。目前dfacts裝置主要有：動態電壓恢復器(dvr)、配電系統用靜止同步補償器(d-statcom)、固態切換開關(ssts)等。

?????statcom在svc裝置基礎上，克服了由于呈恒阻抗特性，使得在電壓低時，無法提供所需的無功支持，應付突發事件的能力較弱；而且占地面積大，過多的svc易引發系統振蕩的弊端，statcom的無功電流輸出可在很大電壓變化范圍內恒定,在電壓低時仍能提供較強的無功支撐，并且可從感性到容性全范圍內連續調節，使得其無功輸出相當于同容量svc的1.4～2倍；因statcom的靈活調壓，還可以大大減少變壓器分接頭的切換次數，從而減少分接頭故障次數。另外，statcom還可以抑制電壓閃變,提高系統暫態穩定水平,結合我國的國情和已有的技術,發展statcom應是解決我國電壓穩定問題的有效手段,并且也是dfacts技術發展的主要方向。

?????目前城市和農村配網存在低功率因數和諧波污染問題。大量無功電流在電網中的流動會導致線路損耗增大，變壓器利用率降低，用戶電壓跌落嚴重。諧波污染則會使用電設備所處的環境惡化，也對周圍的通信系統和公用電網以外的設備帶來危害。諧波對公用電網和其他系統的危害大致由以下幾個方面：

?????1．諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的三次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。
?????2．影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致損壞。
?????3．諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，使諧波危害大大增加，甚至引起嚴重事故。
?????4．諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。
?????5．諧波對臨近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。

?????二、用戶電力技術

?????80年代以來，電力電子學已逐漸成為一門新興交叉邊緣學科，與此相對應的現代電力電子技術也得到迅速發展。以計算機技術和功率半導體制造技術為基礎和先導，開關器件功率處理能力和切換速度有了顯著提高。采用電力電子裝置等高新技術,在高效使用電能上已越來越多地被人們所認識。

?????用戶電力技術(customPower)是美國電力科學研究院（epri）的n.g.hingorani博士繼在1986年提出柔性交流輸電技術（flexibleactransmissionsystem，簡稱facts）之后，于1988年針對配電網中供電質量問題提出的新概念。其主要內容是：對供電質量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網和大量商業用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

?????facts技術和用戶電力技術都是以大功率可控硅為基礎，與傳統的電力系統技術相比具有精確、快速、靈活等特點，是解決電能質量問題的有效手段。根據解決問題的出發點不同，這兩種技術分屬于系統側技術與用戶側技術。柔性輸電裝置側重于輸電系統，具有工作電壓高，裝置容量大等特點，其功能常常是為滿足一個區域的多數用戶而設計的；用戶電力裝置側重于配電系統，具有工作電壓低，裝置容量小等特點，其功能往往是根據少數用戶的要求而設計的。盡管兩種技術的側重點不同，使用目的和經濟評價標準不同，但是在使電網高度柔性化，提高輸電能力的效果上是一樣的。有些裝置甚至既可以用于輸電網，又可以用于配電網，例如有源濾波裝置（activepoweRFilter）和同步并聯補償器（statcom）等等。因此可以把柔性輸電技術與用戶電力技術看作同一種技術在電力系統不同方面的應用。