摘要：電力工業(yè)是國民經濟的命脈，電力建設的發(fā)展直接影響國民經濟的增長速度。事實上，未來電力工業(yè)的發(fā)展更注重解決供電可靠性差、線損高、電壓不穩(wěn)定、電能質量不合格、諧波多，無功因數低等一系列問題，做為輸變電配套重要設備之一的電容器及無功補償濾波裝置是電力發(fā)展中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。本文論述了余姚供電局35KV汪家變0KV動態(tài)無功補償兼諧波綜合治理，對諧波污染等問題得到了很好的治理，以期為其他項目和部門提供參考。
　　
　　關鍵詞：電力，TSC，電壓波動，諧波
　　
　　1、項目應用背景
　　余姚供電局35KV汪家變，其下所帶主要負荷屬于一種特殊的非線性沖擊負荷，在運行中會向電網輸出大量的諧波并且對電網電壓產生頻繁的沖擊，對電網的安全運行及其他正常負荷的用電造成嚴重影響，同時也影響自身生產效率的提高，根據電能質量實際測試表明，10KV側電壓總諧波畸變率為17.9％，遠超過國標4.0％，諧波電流以5次和7次為主導，10KV側諧波電流分量95％概率值分別為:I5=145A.I7=87A.遠高于公用電網連接點國標允許值。10kV動態(tài)無功補償（TSC）兼諧波治理裝置是輸、配電系統(tǒng)的重要設備之一，主要目的是用于補償電力系統(tǒng)的無功容量，消除高次諧波，對于降低系統(tǒng)的故障率，提高運行可靠性等具有十分重要的作用。
　　電力系統(tǒng)運行的經濟性和電能質量與無功功率有重大的關系。大量的感性負荷和電網中的無功功率損耗以及由于含有大量的電力電子裝置產生豐富的各次諧波，都要求系統(tǒng)既能提供足夠的無功功率又要消除各次諧波，否則電網電壓將下降，電能質量得不到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運行的經濟性。無功補償是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是保證電能質量和實現(xiàn)電力系統(tǒng)經濟運行的基本手段。
　　2、國內外現(xiàn)狀和技術發(fā)展趨勢
　　20世紀70年代以來，隨著研究的進一步加深出現(xiàn)了一種靜止無功補償技術。這種技術經過20多年的發(fā)展，經歷了一個不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。所謂靜止無功補償是指用不同的靜止開關投切電容器或電抗器，使其具有吸收和發(fā)出無功電流的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數和消除各高次諧波，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制系統(tǒng)振蕩等功能。目前這種靜止開關主要分為兩種，即斷路器和電力電子開關。由于用斷路器作為接觸器，其開關速度較慢，約為10～30s，不可能快速跟蹤負載無功功率的變化，而且投切電容器時常會引起較為嚴重的沖擊涌流和操作過電壓，這樣不但易造成接觸點燒焊，而且使補償電容器內部擊穿，所受的應力大，維修量大。
　　隨著電力電子技術的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應用，交流無觸點開關SCR、GTR、GTO等的出現(xiàn)，將其作為投切開關，速度可以提高500倍（約為10μs），對任何系統(tǒng)參數，無功補償和濾波都可以在一個周波內完成。現(xiàn)今所指的靜止無功補償裝置一般專指使用晶閘管的無功補償濾波設備，主要有以下三大類型，一類是具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置（SR：SaturatedReactor）；第二類是晶閘管控制電抗器（TCR：ThyristorControlReactor）、晶閘管投切電容器（TSC：ThyristorSwitchCapacitor），這兩種裝置統(tǒng)稱為SVC（StaticVarCompensator）；第三類是采用自換相變流技術的靜止無功補償裝置——高級靜止無功發(fā)生器（ASVG：AdvancedStaticVarGenerator）。
　　3、項目研究內容和實施方案
　　為了解決電容器濾波支路隨負荷變化頻繁投切的問題，TSC裝置應運而生。兩個反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器濾波支路并入電網或從電網中斷開，串聯(lián)的電抗器和電容器用于消除諧波和電容器投入電網運行時可能產生的沖擊電流。TSC用于三相電網中可以是三角形連接，也可以是星形連接。一般對稱網絡采用星形連接，負荷不對稱網絡采用三角形連接。不論是星形還是三角形連接都采用電容器濾波支路分組投切。TSC的關鍵技術問題是投切電容器時刻的選取。經過多年的分析與實驗研究，其最佳投切時間是晶閘管兩端的電壓為零的時刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時刻。此時投切電容器，電路的沖擊電流為零。這種補償濾波裝置為了保證更好的投切電容器，必須對電容器預先充電，充電結束之后再投入電容器。TSC濾波器可以很好的補償系統(tǒng)所需的無功功率和快速跟蹤負荷變化，如果級數分得足夠細化，基本上可以實現(xiàn)無級調節(jié)。這種濾波器三次諧波不能流入電網，同時又設有5次、7次等諧波濾波器，大大減小了諧波含量，使諧波含量控制在國家標準范圍之內。
　　研究內容：基于DSP處理的電力諧波與功率因數綜合質量控制系統(tǒng)的研制，傳統(tǒng)無功功率理論和瞬時無功功率理論及無功功率的實時檢測與快速補償,對無功功率補償濾波裝置的關鍵技術展開的研究。對基于頻域分析的FFT檢測算法與基于瞬時無功功率理論的檢測算法行進行的分析和比較。針對目前電容器補償方法(包括傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器組和靜態(tài)無功補償裝置中的容性無功補償)的普遍性,在對傳統(tǒng)的電容器投切方案的研究的基礎上,應提出的一種基于模糊控制的電壓-無功功率綜合控制方案。對TSC開關閥及其觸發(fā)系統(tǒng)進行的分析,并對其開關控制的關鍵技術—無沖擊性浪涌電流投入技術進行的理論分析,閥端電壓零值檢測方法,并應討論了開關閥控制系統(tǒng)相關的安全及可靠性措施。在系統(tǒng)的軟件設計方面對檢測算法、模糊控制算法、TSC電容器分級補償算法等任務的實現(xiàn)思路的研究。
　　實施方案比較：
　　（1）常規(guī)的并聯(lián)無功補償裝置
　　常規(guī)的并聯(lián)無功補償裝置，即并聯(lián)電容器組補償方式，這是傳統(tǒng)的補償方式，適用于低壓配電系統(tǒng)，也適用于中高壓系統(tǒng)。主要特點是：簡單，占地少，造價低廉。主要作用是：補償設備或電網中的無功，對中、低壓用電設備可實現(xiàn)就地補償；提高功率因數，減少無功的遠距離輸送，降低線損；提高電壓。達到節(jié)能降損的目的。主要缺點是：對有諧波存在的系統(tǒng)中，電容器因為諧波過載、諧振等原因，造成電容器組不能正常投運或燒損。如果保戶配置不當，還會引起事故擴大。
　　由電力電容器、電抗器(常用空心的)和電阻器適當組合成若干濾波器支路的“無源型”交流濾波裝置。該裝置和諧波源并聯(lián)運行。
　　這種方式以濾波和無功補償兼顧的方式，以濾波為主。可以濾除由于用電設備在生產過程中產生諧波污染，保證公共母線和電網電能質量；同時實現(xiàn)就地補償；提高功率因數，減少無功的遠距離輸送，降低線損；達到節(jié)能降損的目的。
　　主要特點是：濾波和無功補償簡單，占地較多，造價較高。
　　主要作用是：濾除諧波電流，降低諧波污染造成的各種影響，提高供電電能質量。補償設備或電網中的無功，對中、低壓用電設備可實現(xiàn)就地補償；提高功率因數，減少無功的遠距離輸送，降低線損；提高電壓。達到節(jié)能降損的目的。
　　主要缺點是：設備造價較高，占地較多；運行中各濾波支路的投運和切除要有一定的順序，對于功率變化速度較快的負荷，不能快速跟蹤。
　　（2）利用TSC型SVC解決電能質量問題
　　輸電線路開關切換、線路出現(xiàn)故障、非線性設備如晶閘管控制設備、快速變化的有功及無功負荷等，將會對正常運行的輸電線路及工業(yè)電網造成干擾。然而也潛在諧波、需要額外的無功功率、電壓波動、電壓閃變現(xiàn)象、負荷不平衡以及無功功率的快速變化等問題。為此，我們采用靜態(tài)無功功率補償裝置（SVC）來解決。具體為：諧波造成的干擾用諧波濾波器來消除。作為濾波器的電容器組可提供無功功率，因此濾波器可以補償功率因數并吸收諧波。電壓波動使用晶閘管控制的電抗器及電容器便可消除。電壓閃變現(xiàn)象是由快速變化的負荷造成的，由晶閘管控制的電抗器加以解決。不平衡的負載可通過的晶閘管控制的電容器及電抗器改善得到平衡。無功負荷的快速波動，例如中頻爐、電弧爐，可用與上述類似的方法加以補償。具體實施過程中，每一套SVC是根據每個客戶所遇到的問題，采用標準設備組件進行設計的。上述問題中的一些可能會同時產生，從技術及經濟的雙重考慮上，作最佳的解決方案。
　　靜補裝置除了綜合改善電能質量這一直接效果外，在電力系統(tǒng)中已成為控制無功、電壓，提高輸電穩(wěn)定性，限制系統(tǒng)過電壓，增加系統(tǒng)阻尼的重要技術措施。靜補的應用還可以給諧波源用戶帶來多方面的技術經濟效益。
　　用晶閘管開關取代普通有接點開關的優(yōu)點是，在投切過程中沒有沖擊電流和過電壓，這是由于電容器的接入是在晶閘管兩端電壓過零瞬間完成，而電容器的切斷是由晶閘管在電流過零時完成。
　　余姚供電局35KV汪家變，其下主要負荷屬于一種特殊的非線性沖擊負荷，在運行中向電網輸出大量的諧波并且對電網電壓產生頻繁的沖擊，我們采用設置2組2400Kvar同容量5次補償濾波器和1組2400kvar的7次濾波器，全部采用TSC控制方式，能快速跟蹤負荷變化而隨之產生的各高次諧波含量，保證設備安全可靠的運行。
　　4、小結
　　本項目既符合國家“十五”規(guī)劃中電力節(jié)能行業(yè)高科技化的發(fā)展方向，通過本項目的運作能極大地提高供電局的核心競爭力，無論在產品質量還是生產管理上都能產生一個質的飛躍，同時也為供電局找到了新的經濟增長點。
　　我們采用10kV動態(tài)無功補償（TSC）兼諧波治理裝置新產品將提高汪家變的無功補償和濾波水平及設備的安全運行水平，與國外同類產品相比在許多方面已達到技術領先，達到了當今世界的先進水平，另外該產品在精簡變電站設備數量﹑節(jié)約占地、運行維護等方面，節(jié)約了大量維護經費。
　　在應用效果上，余姚市供電局35KV汪家變使用了10kV動態(tài)無功補償（TSC）兼諧波治理裝置后，大大提高了變電所功率因素，諧波污染得到了很好的治理，在運行中向電網輸出大量的諧波并且對電網電壓產生頻繁的沖擊的問題得到了很好的解決，確保了當地電網的正常安全運行及其他正常負荷的用電。