官正強，彭軍

GUAN Zheng-qiang, PENG Jun

（重慶科技學(xué)院 教務(wù)處，重慶 401331）

0 引言

電網(wǎng)電壓質(zhì)量通常用穩(wěn)定性、對稱性及正弦性等指標衡量，為了提高供電能力和電壓質(zhì)量在配網(wǎng)中傳統(tǒng)的方法常常采用電力電容器補償無功功率和過濾高次諧波，這種方法有集中補償、分組補償和就地補償三種方式。用并聯(lián)電力電容器補償電網(wǎng)無功的方法，優(yōu)點是簡單經(jīng)濟、靈活方便，缺點是只能固定有級補償，還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧波放大，嚴重時還會造成并聯(lián)諧振。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，用電需求不斷擴大，在電力系統(tǒng)中大功率沖擊性負荷、諧波源和不平衡負荷也日益嚴重，如何最大限度地發(fā)揮輸電線路的設(shè)計能力和提高電力系統(tǒng)運行的質(zhì)量問題已日益突出。傳統(tǒng)的方式已不能適應(yīng)電力系統(tǒng)的要求，隨著超大功率半導(dǎo)體器件、電力電子應(yīng)用技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，無功補償和電網(wǎng)諧波治理新技術(shù)有了較大的發(fā)展。其中，靜止無功補償器得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。

1 SVC技術(shù)

1.1 SVC技術(shù)定義及其分類

靜止式無功補償裝置（Static Var Compensater,簡稱SVC），靜止兩個字是與傳統(tǒng)的同步調(diào)相機的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。SVC是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，它可使所需無功功率作隨機調(diào)整，從而保持在沖擊性負荷節(jié)點的系統(tǒng)電壓水平恒定，它可有效地抑制沖擊性負荷所引起的電壓波動和閃變、高次諧波，提高功率因素，還可實現(xiàn)按各相的無功功率快速補償調(diào)節(jié)實現(xiàn)三相無功功率的平衡，使系統(tǒng)的負荷處于穩(wěn)定、安全、可靠的運行狀態(tài)。

國際大電網(wǎng)會議將SVC定義為7個子類：1）機械投切電容器（MSC）；2）機械投切電抗器（MSR）；3）自飽和電抗器（SR）；4）晶閘管控制電抗器（TCR）；5）晶閘管投切電容器（TSC）；6）晶閘管投切電抗器（TSR）；7）自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器（SCC/LCC）。

1.2 SVC典型電路結(jié)構(gòu)

SVC典型結(jié)構(gòu)主要有以下三種常見類型：晶閘管控制電抗器（Thyristor Controlled Reactor,TCR）+固定電容器（Fixed Capacitor,FC）或機械投切電容器（Mechanically Switched Capacitor,MSC）的混合裝置，如圖1-a所示; 晶閘管投切電容器（Thyristor Switched Capacitor, TSC），如圖1-b所示; TCR+TSC的混合裝置，如圖1-c所示[1]。其中，使用最多的是晶閘管控制電抗器（Thyristor Contralled Reactor, TCR）與固定電容器的組合結(jié)構(gòu)，從基本結(jié)構(gòu)來講屬于并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器的組合。它的綜合性價比較好，響應(yīng)速度快（可達20ms）,是目前SVC技術(shù)的主流。

圖1 SVC典型電路結(jié)構(gòu)

1.3 TCR型SVC裝置工作原理

圖2 SVC系統(tǒng)組成及工作原理

SVC如圖2所示接入系統(tǒng)中，該系統(tǒng)中存在如下3個無功變量，負載正常工作（或停歇）向系統(tǒng)輸出的變化無功QL，電容器提供的相對固定的容性無功QC，通過控制反并聯(lián)晶閘管可使電感L中輸出可變可控的感性無功QTCR，使QTCR按照圖3的規(guī)律跟隨QL的波動而變化，上述3個無功變量合成為電力系統(tǒng)應(yīng)提供的無功QN，它們之間存在如下平衡關(guān)系： QN=QL-QC+QTCR只要能做到系統(tǒng)無功QN為較小的常數(shù)或0，則能實現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)指標較好或為1，同時系統(tǒng)的電壓也幾乎不波動，因此，只要能準確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到所需的流過補償電抗器的電流，從而改變接入電網(wǎng)中的等效電納，達到調(diào)節(jié)輸出無功目的。TCR的電流波形如圖4所示[2]。

圖3 SVC補償系統(tǒng)無功功率時序圖

圖4 TCR電流波形圖

u為交流電源電壓，兩個反并聯(lián)晶閘管分別在電源電壓波的兩個半周內(nèi)導(dǎo)通, 晶閘管的觸發(fā)延遲角的有效移相范圍為90o～180o，觸發(fā)延遲角在90o～180o之間時，晶閘管部分導(dǎo)通，可控制電抗器中流過的電流 I，I 和 u 的基本波形如圖 4所示。在最小角度觸發(fā)時，I到達最大值，TCR 輸出無功功率達到額定值，增大觸發(fā)延遲角的效果相當于減小電流中的基波分量、增大補償器的等效感抗，因而減小了其吸收的無功功率。

由波形圖可知，電抗器中流過的電流為：

式中：U—電源相電壓的有效值；α—晶閘管觸發(fā)延遲角；L —電抗器電感；ω—系統(tǒng)基波角頻率。

TCR電抗器基波電流的有效值為：

從式(3)可以看出，SVC的等效電納也是晶閘管觸發(fā)延遲角α的連續(xù)函數(shù)，通過改變晶閘管的觸發(fā)延遲角，就可以連續(xù)改變SVC的等效電納，TCR響應(yīng)時間小于一個周波。

單獨的 TCR由于只吸收感性無功功率，因此往往與電容器并聯(lián)使用，當與固定電容器并聯(lián)時配合使用，稱為TCR + FC ,其不足是必須按比例吸收附加在系統(tǒng)設(shè)備上的電容所產(chǎn)生的無功功率。除全輸出情況外,TCR工作時都會產(chǎn)生諧波電流，因而常需濾波器。當電容器的投切開關(guān)為晶閘管時，又稱為TCR + TSC型靜止補償器。對于不對稱負荷，利用steinmets理論實現(xiàn)分相調(diào)節(jié)，消除負序電流，平衡三相電網(wǎng)[3]。

1.4 SVC控制系統(tǒng)簡介

圖5 SVC控制系統(tǒng)簡圖

SVC主電路對控制系統(tǒng)的可靠性和快速性要求極高，目前SVC控制系統(tǒng)基本上都是采用的基于計算機網(wǎng)絡(luò)通訊、DSP和工控機所構(gòu)成的全數(shù)字控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)簡圖如圖5所示。SVC控制系統(tǒng)使SVC從原來的TCR模擬量控制、繼電保護的邏輯程序控制、開關(guān)量控制及SVC中的所有電量和非電量的控制系統(tǒng)納入到SVC的全數(shù)字化微機控制中，實現(xiàn)了遙測、遙信、遙控、遙傳及無人值守的全自動化水平。控制方式有開環(huán)、閉環(huán)反饋，能滿足系統(tǒng)對力率、電壓波動和閃變的要求。

它可以使SVC系統(tǒng)有良好的性能：SVC的動態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)時間＜20mS；能實現(xiàn)恒無功控制；可自動實現(xiàn)分相控制，調(diào)節(jié)范圍0-100%，調(diào)節(jié)精度＜1%；可較好的削弱系統(tǒng)諧波；完善的各種保護。

2 SVC的應(yīng)用

2.1 SVC裝置的實用功能

TSC與TCR型式的靜止補償器具有很多實用功能。一般說，需要對無功進行連續(xù)和快速控制的地方，都可以裝設(shè)靜止補償器，以滿足以下一個或多個要求：1）改善電壓調(diào)整；2）提高靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定；3）降低過電壓；4）減少電壓閃爍；5）阻尼次同步振蕩；6）減少電壓和電流的不平衡。

2.2 SVC的應(yīng)用

SVC的推廣應(yīng)用是從20世紀90年代末、21世紀初期，隨著鋼鐵企業(yè)的復(fù)蘇和電網(wǎng)的發(fā)展成長起來的，近幾年每年的需求都在遞增，現(xiàn)在不僅配電網(wǎng)的需求在增長，輸電網(wǎng)的需求也在不斷增長。

1）在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

在冶金領(lǐng)域，大功率電弧爐為非線性及無規(guī)律負荷接入電網(wǎng)，將會對電網(wǎng)產(chǎn)生一系列不利影響：導(dǎo)致電網(wǎng)三相嚴重不平衡，產(chǎn)生負序電流，產(chǎn)生高次諧波，普遍存在較嚴重的2、3、4、5、7次諧波，使電壓畸變復(fù)雜化，存在嚴重的電壓閃變，功率因素低。大型軋鋼機及其他工業(yè)對稱負載在工作和停歇中產(chǎn)生的無功沖擊會對電網(wǎng)產(chǎn)生一系列不利影響：引起電網(wǎng)電壓降和電壓波動，功率因素降低，會產(chǎn)生3、5、7等高次諧波。徹底解決上述問題，有效的方法是安裝具有快速響應(yīng)速度的SVC動態(tài)無功補償器，使公共連接點、電網(wǎng)連接處的電能質(zhì)量達到國際標準要求，保證設(shè)備運行的可靠性。

SVC用于電氣化鐵路中，因牽引機車為單相供電，會造成供電網(wǎng)的嚴重三相不平衡及功率因素低下，并產(chǎn)生負序電流，用SVC可以有效解決列車運行時產(chǎn)生的負序電流、諧波污染、低功率因素、三相負載不平衡等問題。SVC用于風(fēng)力發(fā)電，能夠解決風(fēng)力發(fā)電特有的隨機性和間歇性并網(wǎng)不穩(wěn)定問題。SVC用于煤礦中，可極大改善礦區(qū)供電網(wǎng)電能質(zhì)量，節(jié)約大量電能。

（2）在輸電網(wǎng)中的應(yīng)用

在輸電網(wǎng)中，目前正在向大功率、長距離、高能量消耗方面發(fā)展，因此要求輸電網(wǎng)更安全、有效。在穩(wěn)態(tài)情況下，SVC可以穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、有效降低線損、增加有功輸送能力。和發(fā)達國家相比我國電網(wǎng)的線損要高得多，除管理上的原因外，主要就是無功功率沒有得到有效的控制，尤其在低壓側(cè)；在擾動狀態(tài)下，SVC能及時地穩(wěn)定電壓，避免電網(wǎng)因此出現(xiàn)故障甚至發(fā)生崩潰。

2.3 SVC的生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前國際上SVC的主要生產(chǎn)企業(yè)是ABB和西門子，國內(nèi)生產(chǎn)SVC裝置的單位主要有鞍山榮信，中國西電集團和電科院中電普瑞科技有限公司等十余家單位，鞍山榮信近幾年發(fā)展較迅猛，裝機量居于世界前列。2009年鞍山榮信股份公司制造安裝在梧州變的500千伏210Mvar的SVC裝置是目前國內(nèi)自主研發(fā)并運行的最大容量SVC裝置，在國內(nèi)首次采用了LTT( 光控晶閘管閥組 )技術(shù)，抗干擾性和運行可靠性大大提高，填補了國內(nèi)空白。能夠有效增強“西電東送”交流通道的輸送能力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平。2009年11月，聯(lián)眾（廣州）不銹鋼有限公司二期35kV/200Mvar SVC工程成功投運，該工程由中電普瑞科技有限公司所承擔，是迄今為止國內(nèi)工業(yè)用戶SVC中容量最大的SVC工程。

3 結(jié)束語

盡管SVC有著如此多的好處，但SVC剛剛開始在國內(nèi)推廣的時候并不為國內(nèi)用戶所認可。國產(chǎn)SVC經(jīng)歷了從配電網(wǎng)（10-35KV）到輸電網(wǎng)的應(yīng)用過程?，F(xiàn)在SVC主要應(yīng)用在用戶端，并不是所有的工業(yè)用戶都會使用SVC?，F(xiàn)在使用SVC較多的一種是不符合電網(wǎng)供電要求的高耗能企業(yè)，如果這些企業(yè)功率因數(shù)達不到標準，供電局就不予供電；一種是對電能質(zhì)量要求很高的高精企業(yè)，兩種需求支撐了目前SVC的大部分市場。國產(chǎn)SVC在我國輸電網(wǎng)的應(yīng)用直到2004年才得以實現(xiàn)，它就是紅旗堡220 kV變電站第一套國產(chǎn)化SVC示范工程。而此前，我國輸電網(wǎng)中SVC都是20世紀80年代到90年代初上馬的進口產(chǎn)品，當時國家在輸電網(wǎng)中應(yīng)用了6套引進的SVC。在國產(chǎn)第一套SVC示范工程后，國家電網(wǎng)公司開始在電網(wǎng)中使用國產(chǎn)化SVC。2005年國家電網(wǎng)公司為川渝電網(wǎng)4個500 kV變電站（陳家橋、洪溝、萬縣、永川）招標SVC，中國電力科學(xué)研究院電力電子公司中標，這是國產(chǎn)化SVC首次通過公開招標的方式在輸電網(wǎng)中應(yīng)用。近年來，國家電網(wǎng)公司又在鄭州小流500 kV變電站SVC改造工程、上海干練220 kV變電站SVC工程、福建晉江新塘220 kV變電站SVC工程中應(yīng)用，SVC在輸電網(wǎng)中的應(yīng)用正加速推廣之中，預(yù)計將會有好的前景。

[1]蘇玲,宋珊,陳建業(yè).靜止無功補償器(SVC)應(yīng)用的最新進展[J].電網(wǎng)技術(shù),2004(8)：44-49.

[2]朱金奇.TCR+FC型SVC原理及應(yīng)用[J].電氣傳動自動化,2007(3)：57-58.

[3]ABB SVC stabilizes Namibian grid vdtagge [R].http：//www.ABB.com