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並聯補償

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並聯補 [1]  是指將具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷並聯接在同一電路從而實現無功補償的技術。在電網中安裝並聯無功補償設備以後，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由於減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗。並聯無功補償設備有並聯電容器、並聯電抗器或靜止補償器、STACOM、同步調相機等。並聯補償在電網無功補償中應用非常廣泛。
中文名
並聯補償
外文名
Shunt compensation
類    型
無功補償
應    用
電力系統
領    域
能源
學    科
電氣工程

目錄

  1. 1 簡介
  2. 2 並聯補償的歷史與現狀
  3. 3 無功功率對系統影響
  4. ▪ 造成設備的容量利用率下降
  1. ▪ 無功電流將增大電網的功率損失8
  2. ▪ 增加用户用電點的電壓損失
  3. 4 並聯補償的調壓原理
  4. 5 並聯補償的特點
  1. 6 並聯補償的作用
  2. 7 並聯補償器的種類
  3. ▪ 按照所使用的開關器件及其主電路結構分
  4. ▪ 按照並聯補償設備輸出功率的性質分
  1. ▪ 按補償對象分
  2. ▪ 按應用系統分
  3. ▪ 按並聯補償設備的電壓等級分

並聯補償簡介

電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬於感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝並聯電容器等無功補償設備以後，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由於減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償 [1]  。
把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷並聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。
例如：在負荷點或其附近裝設電力電容器，可就近補償無功功率，改善功率因數，提高電壓水平；在超高壓電網中，裝設並聯電抗器可以吸收長線路的無功功率，使沿線電壓比較平穩。靜止補償器由並聯電容器和並聯電抗器組成，經可控硅進行控制，能攻擊或吸收無功功率，起到減小電壓波動以穩定系統電壓的作用。

並聯補償並聯補償的歷史與現狀

1964年，德國，世界上最早用於取代同步調相機的靜止並聯無功補償設備 [2]  。
20世紀70年代，出現了一系列晶閘管投切/控制的並聯補償設備，TSC、TSR和TCR等。
20世紀70年代中期，基於晶閘管的SVC開始在電力系統投入商業運行，到2004年，SVC工程有上千個，總容量達到100Gvar。
1980年，日本，三菱公司，世界上第一台基於變換器的靜止同步補償設備STATCOM。
1986年，美國，西屋公司，基於GTO的STATCOM，±1Mvar；1991年，三菱電機和關西電力公司，±80Mvar的STATCOM [1]  。
1997年，美國電力公司、西屋公司和EPRI， ±320MVA的UPFC。
我國自20世紀80年代從ABB，西門子等引進數十套SVC裝置；1999年，清華大學與河南省電力局合作研製出首台大容量（±20Mvar） STATCOM [3]  。

並聯補償無功功率對系統影響

並聯補償造成設備的容量利用率下降

（1）額外佔有供變電設備（主要是變壓器和輸電線）的容量，使其容量的有效利用率下降 [1]  。
（2）若電力牽引負荷的功率因數為0.8（滯後），則無功功率佔總容量的60%，有功功率佔總容量的80%。

並聯補償無功電流將增大電網的功率損失8

若分別記有功電流，當功率因數為0.8（滯後）時，通過供變電設備造成的功率損耗正比，比僅有有功電流造成的功率損失大56.25%。

並聯補償增加用户用電點的電壓損失

當經過供變電設備傳輸大容量、快速波動的無功時，用户用電點處將產生較大的、相應變化的電壓損失。

並聯補償並聯補償的調壓原理

並聯補償通過減少線路傳輸的無功功率減少線路電壓損失，從而起到提高受端電壓的作用，線路損失為與串聯補償不同，串聯補償裝置通常與負荷並聯，就地提供所需的無功功率，並聯提高電壓的作用於線路電抗值有關，線路電抗值越小，其補償效果越好 [1]  。

並聯補償並聯補償的特點

（1）只需要電網提供一個接入點，另一端為大地或懸空的中性點。
（2）接入方式簡單，不會改變電力系統的主要結構；通過調節並聯補償輸出，可以在系統正常運行時接入，甚至做到無衝擊投入和退出 [4]  。
（3）並聯補償設備要麼只改變節點導納矩陣對角線元素，要麼可等效為電流源，便於分析。
（4）並聯補償對節點電壓的補償或控制能力較弱，適合於補償電流。
（5）並聯補償通常能使節點附近的一定區域均受益，適合於電力部門採用；串聯補償更適用於特定用户的補償。
（6）並聯補償設備需要承受全部的節點電壓，其輸出電流要麼是由接入點電壓決定，要麼是可控的，因此，並聯補償設備的輸出通常受系統電壓的限制。

並聯補償並聯補償的作用

（1）向電網提供或從電網吸收無功和/或有功功率 [4]  。
（2）改變電網的阻抗特性。
（3）提高電力系統的靜態穩定性。
（4）改善電力系統的動態特性。
（5）維持或控制節點電壓。
（6）通過控制潮流變化阻尼系統振盪。
（7）快速可控的並聯補償可提高系統的暫態穩定性。
（8）負荷補償，提高電能質量。
（9）輸電網：改善潮流可控性、提高系統穩定性和傳輸能力。
（10）配電網：提高負荷電能質量和減小負荷對電網的不利影響（如不對稱性、諧波等）。
（11）佈置方式：受電端（負荷側），長傳輸線中間增加變電站（即線路分段），並佈置並聯補償設備。

並聯補償並聯補償器的種類

並聯補償按照所使用的開關器件及其主電路結構分

（1）機械投切阻抗型並聯補償設備，包括傳統的斷路器投切電抗器、電容器 [1]  。
（2）旋轉電機式並聯補償設備，如同步調相機。
（3）晶閘管投切/控制的阻抗型並聯補償設備，包括TSC、TSR、TCR及其綜合體。
（4）基於變換器的可控型並聯補償設備，包括STATCOM、超導儲能（ SMES）等。

並聯補償按照並聯補償設備輸出功率的性質分

（1）有功和無功功率並聯補償設備，如抽水蓄能電站、飛輪儲能系統、SMES等。
（2）無功功率並聯補償設備，如同步調相機、可投切電抗器、SVC和STATCOM等。
（3）有功功率聯補償設備，如TCBR（節點接地阻抗）。

並聯補償按補償對象分

（1）負荷補償：在用户內靠近負荷處對單個或一組負荷的無功功率進行補償，以提高負荷的功率因數，改善電壓質量，減少或消除由於衝擊型負荷、不對稱負荷和非線性負荷引起的電壓波動、電壓閃變、三相電壓不平衡等危害。
（1）系統補償：通常指對交流輸配電系統進行補償，目的是支撐電網樞紐點處的電壓，提高系統的穩定性，增大線路的傳輸能力，以及優化無功潮流、降低線損等 [1]  。

並聯補償按應用系統分

（1）輸電系統並聯補償設備：保證輸電系統安全穩定型和提高傳輸能力；
（2）配電系統並聯補償設備：維持節點電壓，保障用户的供電可靠性和電能質量等。

並聯補償按並聯補償設備的電壓等級分

（1）低壓並聯補償設備
（2）中壓並聯補償設備
（3）高壓並聯補償設備
參考資料
  • 1.    姜齊榮, 陳建業, 謝小榮. 電力系統並聯補償[M]. 機械工業出版社, 2004.
  • 2.    李羣湛. 牽引供電系統並聯補償方法的研究[J]. 西南交通大學學報, 1986(2):88-101.
  • 3.    杜寧, 艾欣, 唐佔榮,等. 特高壓輸電線路串並聯補償方案研究[J]. 現代電力, 2005, 22(6):9-12.
  • 4.    劉會金, 陳瓊瓊, 付立軍. 低壓配電網電容器並聯補償的性能分析[J]. 華北電力技術, 1999(7):45-47.