由于电力电子技术具有灵活、快速、高效等优点,特别是今年来随着电力电子技术和半导体集成技术的发展,电力电子器件的性能不断的提高,耐压和功率等级迅速增大,加上计算机技术和控制技术的发展,使电力电子装置用于柔性交流输电系统(FACTS)已经成为了一种趋势,下面就介绍几种利用电力电子技术来实现电能质量控制的装置。
1.静止无功补偿器(SVC)
目前电力系统中应用最多,最为成熟的FACTS设备就是静止无功补偿器(Static Var compensation, SVC)。它通常由负荷并联的电抗器和(或)电容器组合而成,且其中歪歪有一个可调的。可调电抗器包括晶闸管控制的电抗器(TCR)或晶闸管投切的电抗器(TSR)两种形式。电容器则通常包括与谐波滤波器电路结合成一体的固定的电容器(FC)或机械投切的电容器(MSC),或在需对电容进行高速或非常频繁投切时所采用的晶闸管的手段。以日本为例,截止2001年底,共生产了264台容量高达9018Mva的并联无功补偿器,其中92%以上为基
于晶闸管的SVC。全世界截止1999年已有总装机容量超过50000Mvar的装置投入运行。
2.静止同步补偿器(STATCOM)
静止同步补偿器作为基于电压源变流器的并联补偿装置,其概念自20世纪80年代一经提出立刻得到了各大电器制造公司的广泛关注,纷纷投入巨大的资金和人力进行开发,但由于当时电力电子技术发展的限制一直没有正式的样机投入运行。20世纪90年代高压大功率可关断器件的迅速发展从硬件上为作为电力系统一次回路设备的大功率STATCOM的开发提供了可能,1992年日本三菱公司研制的世界第一台±80Mvar的工业装置于日本犬山投入商业运行,开创了基于同步变流器装置的FACTS技术的新纪元,随后各大公司纷纷推出自己的产品。我国清华大学和河南省电力局合作研制的±20MvarSTATCOM也于1998年投入运行。到目前为止,已有数十台装置投入到了商业运行,是新一代FACTS装置中最早,也是得到最广泛应用的同步补偿装置。
3.统一潮流控制器(UPFC)
统一潮流控制器(Unified power flow controller,UPFC)将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加在输电线相电压上,使其幅值和相角皆可连续变化,从而实现线路有功和无功功率的准确调节,并可提高输送能力和阻尼系统振荡。美国西屋电气公司研制出一种简化的UPFC称为串联潮流控制器(Serial power flow controller,SPFC),其基本结构和SVC类似,区别是其输出变压器串联接入输电线。SPFC造价明显低于UPFC,但功能可与之相比且优于SVG。中国电力科学研究院、东南大学、清华大学等单位也进行了理论研究和仿真实验,研究结果表明:UPFC具有良好的效果和功能。
4.有源电力滤波器(APF)
有源电力滤波器(Active power filter,APF)的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看,有源电力滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独投入电网使用、LC滤波器混合使用以及注入电路方式,目前并联型占实用装置的大多数。目前有源电力滤波器仍存在一些问题,如电流中有高次谐波、单台容量低、成本较高等。随着电力半导体器件向大容量、高频化方向发展,这种既能无功补偿又能谐波治理的装置必然会有很好的发展前景。本论文就详细地介绍了其中的一种。