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STATCOM用于电弧炉无功补偿研究 　　摘 要:电弧炉是电力系统中对电能质量影响比较严重的用电负荷,为了电网及其自身安全可靠运行,必须对其采取适当的无功补偿措施。比较了STATCOM与传统SVC的性能特点,分析了STATCOM的应用现状。针对电弧炉提出了一种TSC+STATCOM的组合补偿方式,并通过仿真分析验证了其可行行和有效性。 　　关键词:电弧炉 电能质量 静止无功补偿器 静止同步补偿器 　　中图分类号: TM1文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-074-02 　　1引言 　　电力技术的发展使得电网规模不断扩大,更多感性、非线性、不对称及冲击性负荷的投入,产生的大量谐波与无功功率,也恶化了电网的电能质量。电弧炉做为现代炼钢的重要设备,以其技术上的高效性和经济上的优越性,在炼钢工业中所占比重越来越大。同时电弧炉也是电力系统中对电能质量影响比较严重的负荷,尤其近年来电弧炉的容量逐渐增大,对电能质量的影响也愈发明显,包括引起电网电压闪变与波动、使电网电压波形产生畸变、使电网电压三相不平衡、功率因数低等诸多方面。电弧炉的电能质量问题不仅严重影响电网的经济可靠运行,还影响到自身的效率,因此有必要采取合适的无功补偿方案,对电弧炉的不利影响进行有效抑制,使其有更好的应用前景。 　　2无功补偿措施 　　2.1静止无功补偿装置(SVC) 　　(1)晶闸管投切电容器(TSC) 　　利用晶闸管作为无触点开关,快速平稳地投入或切除补偿电容器。TSC本身不产生谐波,对系统无干扰,且响应快速,损耗小,可实现无功的动态补偿,有效改善母线的电压水平。但TSC的补偿电容器容值固定,只能有级投切,无功的补偿是阶跃的,且电容器开断具有残压,对电网电压的闪变不能起到很好的抑制作用。 　　(2) 晶闸管控制电抗器(TCR) 　　用晶闸管控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节,用固定的并联电容器组能使调节范围扩大到容性区。TCR具有反应时间快、运行可靠、无级补偿、能平衡有功、价格便宜等优点, TCR还能实现分相控制,有较好的抑制不对称负荷的能力,另外TCR还能较好的控制电弧炉负荷产生的闪烁,因而成为目前国内外在电弧炉上应用最广泛的一种静止无功补偿装置。但是TCR装置结构和运行维护稍显复杂,并且设计时要预留一定的过载能力。 　　 　　图1 SVC的基本结构 　　2.2静止同步补偿器(STATCOM) 　　STATCOM是基于瞬时无功功率的概念和补偿原理,采用全控型开关器件组成自换相逆变器,辅之以小容量储能元件构成的无功补偿装置,文献[4]给出了用GTO实现的STATCOM的基本原理。STATCOM作为一种基于大功率电子器件的新型无功补偿装置,并联在母线上可看作一个电压大小可调的受控电压源,能快速连续地提供容性和感性无功功率,提高供电系统功率因数,能克服三相不平衡,有效地抑制电压闪变和电压波动,能有效的维持连接点的电压为给定值,提高系统电压的稳定性,改善系统的稳态性能和动态性能。 　　 　　图2STATCOM的结构图 　　3STATCOM的应用 　　3.1应用现状 　　早在20世纪80年代就已提出采用电力电子半导体变流器实现无功补偿的思想。日本在1980年研制出第一台20Mvar STATCOM;随后,日本和美国在1991年和1994年分别研制成功80Mvar和100Mvar的采用GTO晶闸管的STATCOM装置,并成功地投入商业运行;德国西门子公司的单机容量为8Mvar的STATCOM装置于1998年投运;我国也分别在1999年3月和2001年2月成功投入?0Mvar和?00Kvar的STATCOM装置[5]。 　　目前STATCOM已在不少国家的实际系统中运行 ,大多数是应用在变电站进行无功功率的集中补偿,将其应用在电弧炉的无功补偿方面却很少。虽然国外已经将STATCOM用于钢铁企业的供电系统,对电网污染进行综合治理,但国内针对电弧炉的电能质量问题,依旧采用以TCR为主的静止无功补偿器。 　　3.2应用前景 　　STATCOM做为FACTS中的重要装置,与SVC相比,STATCOM性能更优越,具有调节速度更快、运行范围更宽、吸收无功连续、损耗低、所用电抗器和电容器容量及安装面积大为降低等优点,并且采用多重化、多电平或脉宽调制(PWM)技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。文献[7]以IEEE 14节点算例的连续潮流计算和仿真分析指出在减小电压波动与维持系统电压稳定性方面,STATCOM比SVC的效果更为明显;文献[8]通过计算表明相同额定容量的SVC与STATCOM在系统电压因故障骤然降低时,STATCOM能提供更多的无功功率来支撑系统电压,提高系统的暂态稳定。 　　以上不难