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同步冷凝器已经存在很多年了。在50年代和60年代，它们通常被用于提供英国几乎所有的电网稳定性，但随着电力电子技术的兴起，它们在20世纪末失宠了。然而，近几十年来，特别是随着越来越多的可再生能源上线，同步冷凝器作为“可再生能源的推动者”重新流行起来。

同步冷凝器是一种大型旋转机器，但它的轴不连接到任何驱动或驱动设备，因此它既不是电动机也不是发电机。它产生或吸收无功功率，用于电网电压控制。除了被电网运营商广泛使用外，同步冷凝器还可以为大型工业设施提供稳定和连续性的电力。

同步冷凝器:简史

当我们打开电器时，将英国电网的频率保持在所需的50Hz是一件我们可能认为理所当然的事情，但事实上，它需要在任何时候都保持谨慎的平衡。过去，电网通常集中在大型化石燃料发电站周围。通过煤或煤气燃烧提供的热能将驱动旋转的机械设备，如发电机和涡轮机。除了创造稳定和可预测的供应外，这种旋转设备还固有地提供了电网惯性。惯性提供了应对电力需求和供应波动的能力，对电网稳定至关重要。

同步冷凝器主要有三种方式可以帮助降低电网风险:

1.惯性的支持

过去，惯性是由传统的旋转发电机提供的。然而，风能、太阳能、潮汐能和电池储能等可再生能源属于非同步资源。这些能源通常是断断续续的，没有任何机电连接到电网。这将导致频率变化率(RoCoF)的增加，从而导致系统脱机。同步冷凝器提供瞬时惯性，使电网频率保持在可接受的范围内，并为运营商对频率变化做出反应赢得时间。

2.故障级别贡献

非同步发电机不能像同步电容器那样提供瞬时支持，而同步电容器可以提供振幅大得多的故障电流。故障电流很重要，因为这是触发网络上许多保护系统的原因，这些系统监测正常工作电流和实际电流之间的差异。这种差异必须大到足以触发保护，否则就有可能损坏变压器或开关柜等设备。

3.电压调整

同步冷凝器还提供无功功率，以支持欠压情况下的电网电压，例如当有电压下降时。同样，在电压过高的过电压条件下，同步电容器可以吸收无功功率。

电网不稳定的风险

电能质量事件可能由多种因素引起，包括发电机组跳闸、暴风雨导致架空线路故障，甚至车辆撞到线路或电杆、开关柜故障或HVDC链路丢失。其影响表现为电压变化，可导致跳闸、停机和设备损坏。如果频率偏离50赫兹，这可能会导致电气设备跳闸或故障，并可能对其造成损坏。它甚至可能导致时钟走得快或慢，就像2018年几个欧洲国家的情况一样，当时科索沃未能产生足够的电力来满足其需求，导致网络上所有由电源供电的时钟都慢了多达6分钟。

就在2019年，英国霍恩西海上风电场的意外停机被认为是导致电网频率突然下降到49Hz以下的原因，导致部分网络自动断开。最终导致了大停电，伦敦和西米德兰兹郡大部分地区停电。

使可再生能源

现代风能和太阳能发电场通常没有直接的机电连接到电网，因此没有固有的惯性。发电量也将取决于当时的情况，在一天中变化很大，有时是不可预测的。因此，与传统的化石燃料发电站相比，不仅可再生能源发电通常更具间歇性，而且处理电网惯性的传统手段，即使用发电机和涡轮机，也已被取消。

随着越来越多的可再生能源上线，传统的化石燃料发电厂越来越多地退役，这意味着电网不稳定是一个日益严重的问题，同时让电网运营商解决这个问题的手段越来越少。新的电力电子设备加入电网，它们也没有惯性，但对电压变化极其敏感，这可能会使问题日益复杂化。相反，向电网添加更多的同步冷凝器有助于解决这些问题，有助于将更多的可再生能源连接到电网。

同步冷凝器和微电网

国家电网运营商一般都很清楚同步冷凝器的功能和好处，并越来越多地在整个电网中推广。然而，它们也可以为特别依赖连续动力的大型工业设施提供重要用途。例如，大型钢铁厂或石油和天然气平台的停机时间每小时都可能花费巨额资金。在过去，一个场地不需要提供额外的惯性，因为它都是由大型发电厂提供的。然而，同步冷凝器可以帮助这些设施自给自足，在电网出现问题时依靠当地生产的能源，而不会面临停机或设备损坏的风险。它还有助于将偏远地区和社区的微电网与电网上更广泛的问题隔离开来。拥有这样划分电网的能力，可以为更广泛的系统构建弹性和灵活性，以提高供应的安全性，并在出现任何问题时提供冗余。

同步冷凝器在工作

2022年，ABB安装的一对同步冷凝器在利物浦Lister Drive的一个地点提供了超过900兆瓦的惯性，约占英国总电网惯性的0.5%。该项目拥有两台67 MVAr同步冷凝器，配有40吨飞轮，可将可用惯性提高3.5倍，是世界上第一个采用高惯性配置的项目。

如果我们要确保可持续能源的未来，可再生能源显然是至关重要的，但这并不像简单地将更多的太阳能电池板和风力涡轮机插入电网那么简单。每一个连接到电网的新电源都可能导致不稳定，并充当电压变化的夹点。尽管多年来已经过时，但同步冷凝器是一种古老的技术，它学会了一些新技巧，随着英国继续采取措施使电网脱碳，它将成为可再生能源的重要组成部分。

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