SVC無功補償方案研究*

曹曉麗 熊少義

1. 鄭州西亞斯學院 河南 鄭州 451100；2. 天津合縱電力設備有限公司 天津 300000

前言

隨著國民經濟的快速成長和科學技術的不斷革新，電網系統的建設不停地更上一層樓，在沒有對電網進行一些改變措施的時候，普通居民用戶的功率因數一般在0.6以上0.8以下，因此從功率因數的數據上來看的話，配電網的無功功率的損耗是比較大的，從而不利于對電網容量利用率的提高。

功率因數低下主要是由于在實踐中感性負載的存在，使得無功功率增加。若果負載的無功部分從發電機來供給的話，再通過長距離的傳輸，勢必存在中間線路的損耗或者無端產生一些干擾[1]。為了保證電氣設備運行的效率和降低費用（對無功功率電力部門也按計量收費），應該采取無功功率補償的辦法，因此，無功補償的研究意義重大。在需要更精準更快速的補償需求下，靜止同步補償器SVC是采用的開關器件與直流側電源或電容共同完成了對無功電流的控制[2]。

1 靜止同步補償器SVC

靜止同步補償器SVC被稱為“靜止的調相機”，是現代柔性交流輸電系統（FACTS）的核心組成部分。典型的靜止無功補償裝置是使用固定電容器加晶閘管控制電抗（FC和TCR），使其具有吸收和發出無功電流的能力，提高系統功率因數，穩定電壓源電壓。SVC的結構有很多，但基本元件是晶閘管控制的電抗器和晶閘管投切的電容器[3]。其分類如圖1。

圖1 SVC的基本結構

1.1 TCR型SVC

TCR支路由電抗器和兩個反向并聯的晶閘管串聯構成，TSC支路由電容器和兩個反向并聯的晶閘管串聯構成，其控制元件均為晶閘管。TCR支路的等值基波電抗是晶閘管導通角β或觸發角α的函數。通過調整β或α可以平滑地調整并聯在系統的等值電抗。TCR包括四個主要組成部分：高阻抗變壓器（或降壓變壓器）、電容器組（兼作濾波器）、晶閘管閥和調節器[4]。

優點主要有：①可以進行連續感性和容性無功調節：單獨的TCR由于只能吸收感性無功功率，與并聯電容器配合使用，可以將補償器的總體無功電流偏置到可吸收容性無功的范圍內。②能進行分相調節：降壓變壓器二次繞組連接成“開口星型”[5]，中點分開，這是要使每相負載與另外兩相獨立，從而正序和負序的幅值可以單獨控制、分相調節，可以平衡不平衡負載。③吸收諧波能力好：并聯電抗器串上小調諧電抗器還可兼作濾波器，能很好地吸收TCR產生的諧波電流。④噪聲較小。⑤損耗相對較小。⑥控制靈活性好⑦動態響應時間較快（約l0ms），是能夠勝任多類負荷的動態無功補償。

缺點主要有：①自身有諧波含量產生：TCR型SVC產生的諧波主要是奇次諧波，產生的諧波電流會使系統電壓產生畸變，從而對系統及設備產生一系列的危害，因此利用TCR和改善功率因數用的電容器兼作濾波器，但這種濾波器體積大，占地多，價格貴。②不可直接接于超高壓③運行維護復雜：由于組成部分較多而且較為復雜，TCR本身的反并聯晶閘管、多組FC，這些雖然使得控制靈活，但也讓運行維護更復雜。

由于TCR型SVC具有反應時間快，無級補償，運行可靠，能分相調節，能平衡有功，適用范圍廣，價格較便宜等優點，實際應用最廣，在控制電弧爐負荷產生的閃爍時，幾乎都采用這種形式。

1.2 TSC型SVC

TSC型SVC由降壓變壓器、電容器組、晶閘管閥和調節器構成。工作原理是通過檢測到反并聯的晶閘管閥兩端的電壓，在過零時控制晶閘管導通將電容器投入。

主要優點有：①快速響應性、可頻繁動作性以及分相調節，有效地抑制電壓波動問題。②自身不產生諧波分量：由于電容器組是由晶閘管閥在其電壓過零時投切的，電容器只是在兩個極端電流值（零電流和額定正弦電流）之間切換，所以不會產生諧波。③噪聲小。④損耗很小。⑤控制靈活性好。⑥用于調壓，調無功，減低電壓波動。⑦快速深度無功補償：這使得TSC可有效地用于防止電壓崩潰——在系統故障和負荷電流急劇增加時，使用SVC裝置快速補償無功功率，對系統電壓起支撐作用，可顯著地抑制電壓崩潰趨勢。

主要缺點有：①動態響應時間較長。②無功輸出只能是級差的容性無功：每次只能投切一組電容器，實現級差無功補償。③限制過電壓的能力。④無諧波吸收能力：由于本身沒有設置濾波器組，所有沒有諧波吸收能力。⑤不可直接接于超高壓。⑥運行維護較復雜：由于采用多組反并聯晶閘管串聯的形式，使得晶閘管的散熱、導通的同時性、損壞的檢測以及維護等都帶來了一定的難度。

2 TSC+TCR的控制與實施

TSC只調節電容器，可補償系統所需的無功功率。如果級數分得足夠細，基本可實現無級調節。但由于每級均需晶閘管閥，從性價比看的話不宜分得太細。TSC的每個分級之間的無功功率可通過TCR來連續調節，所以TSC裝置一般與電感并聯，即組成TSC+TCR補償器。

SVC的模型主電路如圖2：

圖2 SVC模型主電路

SVC的TCR觸發角信號輸入AORD和TSC的電容投切信號csw由SVC控制電路產生，而當前投切的電容器組數信號CAPSON由SVC元件輸出至SVC控制電路。封鎖解封信號KB控制SVC在仿真后0.4s投入，該信號也將同時送至SVC控制電路。

圖3所示為SVC輸出無功指令的計算電路。

圖3 SVC無功指令計算電路

原模型中根據測得的SVC輸出無功功率Qsvc的標值計算代表線路壓降的標值（0.031svc），但實際測量得到的就是PCC點電壓，故本仿真中將0.03改為0，如圖3中所示。即直接對PCC點電壓有效值進行濾波處理。用電壓參考值Vref減去實際測得的電壓后，通過PI校正環節，得到SVC輸出無功的指令BSVS。

仿真PSCAD中是通過分段線性化上式的方法來得到觸發角，還需要注意的是上式中的a是從電壓峰值至TCR晶閘管觸發時刻的角度，而PSCAD模型中以電壓過零點為計算觸發角的起始點，因此需要將計算出的角度加上90°。

當BTCR從-1.0到1.5變化時分段線性化的觸發角如圖4所示。

圖4 分段線性化的觸發角相對電納參考值的曲線

3 結束語

TCR型SVC因其具有快速響應性、可頻繁動作性以及分相補償能力，可應用于對大型沖擊性、快速周期波動變化、不平衡、非線性負荷（如電氣化鐵路、電弧爐、軋鋼機、礦井卷揚機、風力發電站、大功率變頻調速裝置等）的動態無功補償領域，可有效地抑制這些負荷所引起的電壓波動問題，故是低壓動態補償的首選方式。對高壓大容量需要大范圍調節無功或電壓的情況，也是好的選擇。與TCR聯用往往可以解決更多問題。