《電力工程技術(shù)公眾號(hào)：china-dianli》

一、靜止無功補(bǔ)償簡(jiǎn)述

靜止無功補(bǔ)償器（SVC）于20世紀(jì)70年代興起，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為很成熟的FACTS裝置，其被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線路補(bǔ)償（電壓和無功補(bǔ)償），在大功率電網(wǎng)中，SVC被用于電壓控制或用于獲得其它效益，如提高系統(tǒng)的阻尼和穩(wěn)定性等；這類裝置的典型代表有：晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）。

靜止同步無功補(bǔ)償器是目前技術(shù)最為先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置。它不再采用大容量的電容器，電感器來產(chǎn)生所需無功功率，而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)質(zhì)的飛躍，特別適用于中高壓電力系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償靜止無功補(bǔ)償器是一種沒有旋轉(zhuǎn)部件，快速、平滑可控的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。它是將可控的電抗器和電力電容器（固定或分組投切）并聯(lián)使用。電容器可發(fā)出無功功率（容性的），可控電抗器可吸收無功功率（感性的）。通過對(duì)電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使整個(gè)裝置平滑地從發(fā)出無功功率改變到吸收無功功率（或反向進(jìn)行），并且響應(yīng)快速。

二、SVC的組成部分

1.固定電容器和固定電抗器組成的一個(gè)無功補(bǔ)償加濾波支路，該部分適當(dāng)選擇電抗器和電容器容量，可濾除電網(wǎng)諧波，并補(bǔ)償容性無功，將電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)饺菪誀顟B(tài)。

2.固定電抗器

3.可控硅電子開關(guān)

可控硅用來調(diào)節(jié)電抗器導(dǎo)通角，改變感性無功輸出來抵補(bǔ)償濾波支路容性無功，并保持在感性較高功率因數(shù)。

三、(SVC)靜止無功補(bǔ)償裝置的用途

靜止無功補(bǔ)償器（SVC）是一種由電容器和各種類型的電抗器組成的無功補(bǔ)償裝置，用電子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無功功率的快速平滑控制。SVC的應(yīng)用可以分為2個(gè)方面：系統(tǒng)補(bǔ)償和負(fù)荷補(bǔ)償。

當(dāng)作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)，他的作用主要有：維持輸電線路上節(jié)點(diǎn)的電壓，減小線路上因?yàn)楣β柿鲃?dòng)變化造成的電壓波動(dòng)，并提高輸電線路有功功率的傳輸容量和電網(wǎng)的靜態(tài)穩(wěn)定性；在網(wǎng)絡(luò)故障情況下，快速穩(wěn)定電壓，維持線路輸電能力，提高電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；增加系統(tǒng)的阻尼，抑制電網(wǎng)的功率振蕩；在輸電線路末端進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和電壓支持，提高電壓穩(wěn)定性等等。

當(dāng)作為負(fù)荷補(bǔ)償時(shí)，SVC的作用有：抑制負(fù)荷變化造成的電壓波動(dòng)和閃變；補(bǔ)償負(fù)荷所需要的無功電流，改善功率因數(shù)，優(yōu)化電網(wǎng)的能量流動(dòng)；補(bǔ)償有功和無功負(fù)荷的不平衡。

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　　基于以上作用，SVC除了應(yīng)用于互聯(lián)電網(wǎng)的高壓輸電線路外，還廣泛地應(yīng)用于高壓直流輸電（HVDC）換流站的無功補(bǔ)償和抑制電弧爐等大型沖擊負(fù)荷造成的閃變和電壓波動(dòng)。因此，研制和開發(fā)容量大、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)靈活、經(jīng)濟(jì)性好、維護(hù)方便的SVC對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

四、靜止無功補(bǔ)償分類

4.1晶閘管控制電抗器（簡(jiǎn)稱TCR型）

工作原理：在實(shí)際應(yīng)用中，一般由TCR+FC組成，F(xiàn)C濾波器用于提供容性無功功率補(bǔ)償及諧波濾波。TCR通過控制與電抗器串聯(lián)的雙向晶閘管的導(dǎo)通角，以便控制流經(jīng)電抗器的電流波形，從而等效實(shí)現(xiàn)一個(gè)連續(xù)可調(diào)的電抗器，從而可以產(chǎn)生可變的感性/容性無功功率。

4.2晶閘管投切電容器（簡(jiǎn)稱TSC型）

工作原理：TSC是通過晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制電容器的投切，從而達(dá)到改變向系統(tǒng)發(fā)出無功功率的大小。使用串聯(lián)電抗器的目的是限制操作暫態(tài)過電壓，抑制晶閘管導(dǎo)通時(shí)的涌流。

4.3TSC理想投切時(shí)刻原理說明

由于電容上電壓不能突變，只能在電容電壓與系統(tǒng)電壓相等時(shí)進(jìn)行投切，所以控制是整周期的，而不能象TCR那樣通過改變晶閘管開通時(shí)刻進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，也即只能實(shí)現(xiàn)分段調(diào)節(jié)。實(shí)際應(yīng)用的TSC均是通過控制電容器的導(dǎo)通數(shù)量來調(diào)節(jié)電納的，也就是改變電容器的無功補(bǔ)償量。為了補(bǔ)償急劇變化的無功負(fù)荷，需要把電容器分成若干組，每組導(dǎo)通控制由控制晶閘管開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。隨著負(fù)荷無功的變化，相應(yīng)地投入或切除一部分電容器組，從而使無功負(fù)荷能得到多級(jí)階梯式補(bǔ)償。TSC由于通過電容的電流為整周期的正弦電流，所以不產(chǎn)生高次諧波這是其一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)。

4.4磁控式電抗器（簡(jiǎn)稱MCR型）

電抗器由一個(gè)四柱鐵心和繞組組成，中間兩個(gè)鐵心柱為工作鐵心，Nk為控制繞組，N為工作繞組。可控硅接于控制繞組上，其電壓很低，約為系統(tǒng)額定電壓的1%～5%左右，因此可靠性很高。當(dāng)工作繞組兩端接上交流電壓時(shí)，控制繞組上就會(huì)感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，以Nk的匝數(shù)為N的1%計(jì)，可控硅T1和T2上的電壓僅為工作電壓的1%，在電壓的正半周T1導(dǎo)通，在電壓的負(fù)半周T2導(dǎo)通，通過控制T1、T2的導(dǎo)通角可以控制ik1和ik2的大小，從而控制直流激磁，進(jìn)而控制工作鐵心的飽和度，導(dǎo)通角越小，ik1和ik2越大，鐵心飽和度越高，電抗器的容量越大。因此，只要控制T1和T2的導(dǎo)通角大小，就可以平滑的調(diào)節(jié)電抗器的容量。

磁飽和式可控電抗器的調(diào)節(jié)特性。可控硅觸發(fā)角α的工作范圍為0?～180?，當(dāng)α＝0?時(shí)，晶閘管T1、T2輪流導(dǎo)通近180?，這時(shí)的激磁電流最大，磁路最飽和，故磁路磁阻最大，電抗器容量最大；隨著α的增大，晶閘管T1、T2的導(dǎo)通時(shí)間，激磁電流、電抗器容量都將減小，磁路飽和度降低；當(dāng)α＝180?時(shí)，晶閘管T1、T2截止，激磁電流為零，這時(shí)可控電抗器相當(dāng)于一臺(tái)空載運(yùn)行的變壓器，電抗器的容量亦最小。

五、SVC的運(yùn)行原理

靜止無功補(bǔ)償裝置是由晶閘管控制的電抗器（TCR）和晶閘管投切的電容器（TSC）所構(gòu)成的混合型SVC。

　TCR+TSC型SVC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

TCR＋TSC型SVC主要由TCR、TSC、降壓變壓器、濾波器組和控制系統(tǒng)組成。其基本功能是控制系統(tǒng)根據(jù)指定的控制策略,通過觸發(fā)晶閘管閥適當(dāng)?shù)赝肚须娙萜鹘M，并控制電抗器的電流，調(diào)節(jié)補(bǔ)償器輸出的無功功率，來控制補(bǔ)償器與電網(wǎng)連接點(diǎn)的電壓。

在實(shí)際的應(yīng)用中，SVC的電壓電流特性并不設(shè)計(jì)成理想的水平線，而是有一定的傾斜。這樣做，一方面可以增大補(bǔ)償器的運(yùn)行范圍，因?yàn)樵谘a(bǔ)償器輸出容性無功時(shí)，連接點(diǎn)電壓可以比無載（輸出的無功功率為零，常將這一點(diǎn)的電壓設(shè)為參考電壓U0時(shí)低，而在補(bǔ)償器輸出感性無功時(shí)，連接點(diǎn)電壓可以高一

　SVC的電壓電流特性

些，對(duì)SVC的容量要求可以小一些，兼顧了補(bǔ)償器的容量和電壓水平恒定的要求；另一方面，由于呈現(xiàn)正電阻特性，改善了并聯(lián)的靜止補(bǔ)償器之間或與其他發(fā)電機(jī)等電壓控制設(shè)備之間的電流分配。
　　作為一個(gè)完整的設(shè)備，除了主電路和控制系統(tǒng)以外，SVC還要具有監(jiān)測(cè)、水冷、保護(hù)等子系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。這些都是樣機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)中不可或缺的有機(jī)組成部分。

5.1晶閘管的保護(hù)與觸發(fā)電路

晶閘管閥是主電路中最重要的部分，在SVC中采用的是反并聯(lián)晶閘管對(duì)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。由于電力電子器件的價(jià)格昂貴，而且工作時(shí)頻繁地承受著高電壓、大電流的沖擊，所以很容易損壞。因此，對(duì)晶閘管的保護(hù)十分重要。在樣機(jī)所使用的晶閘管串上，配備了RC緩沖吸收電路、BOD（轉(zhuǎn)折二極管）以及均壓電阻對(duì)其加以保護(hù)。
　　由于電壓等級(jí)較高，需要多個(gè)晶閘管串聯(lián)使用，因此采取必要的措施保證器件同時(shí)導(dǎo)通是正常工作的關(guān)鍵。

晶閘管觸發(fā)電路及信號(hào)反饋

5.2TCR與TSC

TSC由多個(gè)電容器組并聯(lián)組成，用反并聯(lián)的晶閘管閥作為投切開關(guān)，響應(yīng)迅速，可靠性高。在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器組要串聯(lián)一個(gè)限流電抗器，以降低晶閘管導(dǎo)通使電容器接入系統(tǒng)時(shí)可能產(chǎn)生的電流沖擊，以及避免與系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。由于TSC只有投入和切除2種狀態(tài)，所以不會(huì)產(chǎn)生諧波，但是無功功率的補(bǔ)償是以單組電容器的容量為單位跳躍的，此時(shí)就需要通過調(diào)節(jié)TCR的輸出來平滑無功功率的改變。

TCR是通過反并聯(lián)的晶閘管對(duì)和電抗器串連，在電壓的每個(gè)正的或負(fù)的半周中，從電壓峰值到電壓過零點(diǎn)的間隔內(nèi)觸發(fā)晶閘管，承受正向電壓的晶閘管導(dǎo)通，電抗器進(jìn)入工作狀態(tài)。通過改變投入時(shí)刻的相位來控制電抗器電流有效值的大小，從而改變吸收的無功功率，一般容量的選擇要比TSC中的單組電容器的容量稍大方能滿足連續(xù)改變無功功率的要求。TCR的工作是會(huì)引起諧波電流的，因此需要安裝濾波器來盡量減少SVC對(duì)系統(tǒng)的諧波電流注入。
5.3濾波器設(shè)計(jì)

通常的濾波方法是配置無源濾波器，既可以濾除諧波，又可以補(bǔ)償一定容量的無功。

對(duì)裝設(shè)于電力系統(tǒng)中的SVC裝置而言，系統(tǒng)諧波含量相對(duì)較少而且比較穩(wěn)定，主要諧波源就是SVC裝置本身，因此設(shè)計(jì)起來相對(duì)簡(jiǎn)單，一般只需要裝設(shè)5次以上的單調(diào)諧濾波器即可，必要時(shí)裝設(shè)高通濾波器。但對(duì)于補(bǔ)償沖擊性負(fù)荷的SVC裝置，在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，不僅要考慮裝置本身產(chǎn)生的諧波，還需考慮負(fù)荷側(cè)產(chǎn)生的大量非特征諧波和偶次諧波，關(guān)鍵是要具有充足的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，才能使得濾波器設(shè)計(jì)的性價(jià)比最高。順便說明，濾波器在實(shí)際工作中并不是處于真正的諧振狀態(tài)。為防止諧波電流過大，考慮到系統(tǒng)一般呈感性，通常將濾波器設(shè)計(jì)成感性偏調(diào)諧，這樣也避免了與系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能。

總結(jié)：SVC無功補(bǔ)償?shù)娜N型式比較分析

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