低壓配電系統靜止無功補償技術的探析

盧星宏

摘 要：城市供電作為日常居民生活密切相關的事情，它的運行既要求實用性，同時也必須滿足較高的性價比。針對這個特點，靜止無功補償裝置可以用來補償運行網絡中的無功，有效地降低了電力損耗，提高了性價比。如何實現靜止無功補償？可以通過瞬時對稱分析這種方法，尋求一個配電網絡系統無功電流，這種方法除了可以求出實時的無功電流，也可以提高在SVC補償中的精確性和可靠性。

關鍵詞：無功補償；SVC瞬時對稱分量法

在當前的城市低壓配電網絡中有兩個情況日益凸顯：第一這種網絡中的負荷密度很大；第二低壓配電網絡中的非線性負荷增多。由此造成三個方面的問題：第一個問題是無功損耗的加大；第二個是電壓不穩定，波動頻繁；第三個是三相負荷不平衡。當然除了這些主要問題之外還存在其他的相關問題，本論文不做重點研究。為滿足居民的正常，穩定用電，低壓配電網絡必須滿足兩個要求：第一個是提高電壓合格率；第二個是保證電能質量。而滿足這些要求的根本措施就是進行無功補償。至于說無功補償裝置的具體實現是本研究的重點。

1 SVC的發展現狀

在低壓配電網絡中的SVC應用技術已經成熟，并且可靠性已經得到了充分的驗證，但是在高電壓的等級系統中這種應用并不是成熟。而且對于這項技術應用中的晶閘管，電壓的等級越高，也就意味著晶閘管工作的可靠性越低。引起這個問題的主要原因是：第一晶閘管對于電壓的承受是有一定的極限，高出這個極限會導致晶閘管無法正常工作。第二如果為了滿足這樣高的工作電壓，就必須采取多支晶閘管串聯的方式，而串聯的晶閘管容易導致一致性方面的問題，一旦出現一致性通斷的問題就會使得晶閘管的通斷時間不一致，從而使得環流的產生，影響晶閘管的正常工作。

目前來說，國外的技術高于國內的技術水平。在SVC響應速度這個關鍵的指標上，西門子和索尼做得相當不錯。但是正因為國內的技術水平無法達到國外的技術水平，使得這種高品質的SVC嚴重依靠進口，價格自然就要受制于人，比較昂貴。

2 SVC的工作原理

2.1 型式

SVC經過多年的發展和產業應用，目前發展出來了許多型式，例如TCR型，TSC型，MSC型，TCT型等等。本研究的對象配電網絡所具有的特點主要是負電荷性質和電氣參數，因而把研究的重點放在TCR，TSC兩種類型上。他們的結構特點是：多組的電容器和一組的電抗器并聯，從而實現分相控制的功能。

在具體的電容器值得設置上需要根據負電荷來進行，同時在每一組所并聯的電容器，它們的大小必須保持相等。在設計中需要注意的兩個問題是：每一組的電容器投切所引起的母線電壓變化應低于規定電壓值的102.5%；另外在電抗容量值得選擇上應注意取值稍大于電容器的容量值。

2.2 SVC的基本特性

2.2.1 支路的工作方式

TCR的連接方式采用星型或者三角形，但是考慮到在城市的低壓配電網絡中由于電網負荷的不平衡，所以一般采用較多的是星型連接，并且在TCR的方式上是單相的。

2.2.2 電壓電流的工作曲線

并聯的電容容量值在TSC支路上是固定的，依據這個進行計算所發出的容性無功也是固定值。對于電抗器發出的感性無功大小的調節可以利用晶閘管開關觸角大小的調節來實現。有一個現象必須注意，那就是SVC電壓電流的曲線產生，這其中系統內部的容性無功和感性無功實現抵消，使得在無功有感性到容性的連續調節上沒有了障礙。

2.2.3 系統的響應特性

在系統的響應特性中，主要包括兩個方面，一個是控制單元的響應時間，還有一個是開關器件的響應時間。

首先對于控制單元響應時間，這個時間從控制信號輸入到系統開始，到控制單元發出信號結束，中間經歷采樣，分析，計算過程。在設計中要求這個響應時間盡量小于15ms。

開關器件的響應時間決定于器件本身的特性，設計中采用ms級別的器件可以有效提高系統的響應特性。

3 無功檢測方法

為了確定適合于系統的無功理論，需要對電網基波的電流分量進行檢測，無功檢測的方法需要到達快速，精確地要求。

無功檢測的方法有多種形式，常用的主要有以下幾種形式：傅里葉變換，基于Fryze時域分析，自適應閉環，小波變換，瞬時無功功率理。對于這些算法的優缺點，下面進行一下介紹，在設計仿真的實現問題上進行一一比較。

傅里葉變換可以準確地分離出來基波，這樣可以增加檢測的準確程度，排除其他成分的干擾，但是在設計上對于硬件電路的要求較高，不容易實現。其中最為困難的一點是電網頻率會發生波動，而這種難以消除的波動會嚴重影響檢測的精度。

基于Fryze時域分析的檢測算法，具有明顯的缺點。這個缺點就是延遲時間較長，而這種延遲的時間將會導致響應時間的下降問題。

這些分析都是基于理論上進行的，而在實際的應用上卻是另外一種狀況。對于SVC系統，對于精度的要求并不是十分嚴格，最關鍵是的需要一種簡單高效算法，而能夠滿足的這種方法可以通過dq0實現。

4 諧波對檢測算法的影響

在設計算法的設計中諧波是最大的影響因素，我們采用dq0的算法進行無功檢測的設計，需要明白諧波和這種算法之間的有著怎樣的關系。Dq0算法是通過坐標變換進行實現的，這種變換的對象是瞬時基波正序分量，利用這種變換可以求出瞬時無功電流正序分量，其后對這個分量進行反變換，就可以求出我們所需要的三相補償無功電流。這是算法的實現過程，但是在實際的實現中，電網電流不可避免的會存在諧波分量，需要求出實際情況中包含的諧波電流有功分量，這個有功分量就是交流分量。

5 結語

本文是在深入分析SVC結構，同時對補償的原理進行解析的基礎上進行的一種新嘗試。通過這種設計實現的并聯電容器在性能上是要優于感性無功電容器。另外在性價比這一指標上，它要遠遠強于靜止無功發生器和有源電力濾波器。對于城市的低壓配電系統，采用這種設計的方法可以兼顧兩種功能，在補償感性無功的同時，補償少量容性無功。

參考文獻：

[1]GB/T20298—2006，靜止無功補償裝置（SVC）功能特性[S].

[2]高作毅，羅顯通，黃翰.瞬時對稱分量法及其在故障暫態測距中的應用[J].電氣自動化，2011，3.