企业配电网电气节能新技术探析

宗 振

摘 要:目前,专门针对配电网综合电气节能的系列化关键技术及其应用在国内外尚属空白,大多只是单一技术的研发与应用,节能效果有限。文章介绍了几种配电网电气节能的新技术,希望为今后研究提供参考。

关键词:配电网;电气节能;新技术

中图分类号:TM727 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)24-0124-01

1 混合型无功补偿器

目前低压配电网的无功补偿装备广泛采用的是分级投切的固定电容器组,虽成本较低,但不能进行无级连续的无功补偿,速度慢,效率低。而今配电网中许多无功变化频繁而又剧烈的设备如轧钢机、电弧炉等,要求对功率因数和电压跌落、闪变等进行快速、高效、无级连续补偿,需要能够进行动态连续无功补偿的配电网静止无功补偿器,但由于电力电子器件容量限制和成本较高,在设计和广泛工程应用上存在困难。针对和晶闸管投切电容器其各自的不足,提出并研发了基于混杂控制的混合型无功补偿器HVC。

混合型无功补偿器是一个混杂动态系统,由一台较小容量的DSTATCOM和较大容量的多组TSC构成。其中DSTATCOM能进行快速无级的无功补偿,是混合型无功补偿器的连续子系统;TSC能进行大容量分级的无功补偿,是混合型无功补偿器的离散子系统。混合型无功补偿器基本工作原理如下:分级的TSC进行无功粗调,无级的DSTATCOM进行无功精调,当系统无功需求在q组和q+1组TSC之间时,投q组TSC,再由DSTATCOM补偿小容量无功功率,从而在低成本前提下实现无级连续无功补偿。当电网电压跌落时,DSTATCOM工作于直接电压控制模式,为防止电压跌落,可快速发出其最大容限的无功,甚至短时越限补偿无功功率。

2 基于实时潮流的配电网无功优化

该系统以配电网有功损耗最小为目标进行实时无功运行优化,形成配电网高低压系统中各节点无功补偿设备的投切指令和无功设定值,自动控制配电网无功功率的优化运行。根据采集的配电网各节点的实时运行数据对实时潮流进行优化计算,优化迭代过程无需进行节点功率平衡方程的潮流迭代,不等式约束简洁,优化计算速度快。在优化模型中,该系统计及了实际负荷的无功-电压特性,增加了考虑负荷特性影响的节点电压稳定解析约束条件,同时计及了运行电压对无功补偿出力的影响。为使优化结果更加符合配电网实际情况,负荷模型还描述了负荷的功率恢复特性和失稳特性。

3 无功动态补偿与谐波治理混合系统

现有的高压配电网广泛采用静止无功补偿器SVC进行无功功率的动态连续补偿,但在其调节过程中会产生谐波,造成谐波污染和谐波损耗。混合型有源电力滤波器具备大容量无功补偿和谐波动态治理的功能,但仅用其无源滤波器部分进行固定无功补偿,由于电力电子器件容量和工程造价的限制,难以进行动态连续无功补偿。为解决这一技术难题,研发了无功动态补偿与谐波治理混合系统HVHC,主要由静止无功补偿器SVC,和混合型有源电力滤波器HAPF,组成。其中,SVC由晶闸管控制电抗器TCR、固定电容器组FC组成由电压型逆变器、输出滤波器、祸合变压器和注入支路几部分构成,其中注人支路由基波串联谐振电路和注人电容共同构成一组单调谐滤波器。

无功动态补偿与谐波治理混合系统主要由SVC和混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter,HAPF)组成。其中SVC由可控硅控制电抗器(thyristor controlled reactor,TCR)、固定电容器组(fixed capacitor,FC)组成;HAPF由电压型逆变器、输出滤波器、耦合变压器、注入支路组成,注入支路由基波串联谐振电路和注入电容共同构成一组单调谐滤波器。由TCR和FC组成的SVC可动态连续补偿无功功率,同时具备电压支撑、阻尼振荡等功能。根据基波串联谐振电路在基波频率处发生串联谐振时阻抗很小的特点,可将电网基波电压加在注入电容上,从而有效降低智能功率模块的容量和系统成本。

4 结 语

无功动态补偿与谐波治理混合系统,显著降低了中、高压配电网电能损耗和谐波,实现了无功连续补偿及高品质节能研发的可进行分级和无级无功快速连续补偿的低成本混合型无功补偿器,显著降低了低压配电网的电能损耗,实现了低成本高效节能研发的配电网实时无功优化节能与能量管理系统,优化协调了高低压节能设备的无功出力,进行实时无功优化补偿,实现全局优化节能,提高了企业电能的精细化管理水平。从全局角度出发的企业配电网综合节能技术系统,实现了高低压节能装备与管理节能软件平台相结合,解决了配电网多层次、全方位综合节能的难题,而且保障了配电网的安全稳定运行,大幅度减少了电能损耗。