張忠華，胡 杰

（中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長春 130021）

無功功率補(bǔ)償對(duì)于保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電質(zhì)量，提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少輸電損耗，增大輸送能力等都具有重要的意義［1］。目前變電站中固定并聯(lián)電抗器和電容器是最常用的無功補(bǔ)償裝置，一般裝設(shè)于主變壓器低壓側(cè)，通過隨時(shí)投入／切出作為一種控制系統(tǒng)電壓水平的手段，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便，目前是我國電網(wǎng)采用的最主要補(bǔ)償裝置；缺點(diǎn)是補(bǔ)償容量固定，對(duì)于變動(dòng)較大的負(fù)荷易造成“過補(bǔ)”或“欠補(bǔ)”，不能有效提高功率因數(shù)，而且容易發(fā)生諧振，無法實(shí)現(xiàn)濾波等功能［1－2］。

靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）相對(duì)于常規(guī)通過斷路器或接觸器投切的固定電容器、電抗器，其特點(diǎn)是能快速、平滑、實(shí)時(shí)地向系統(tǒng)提供無功，以實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，增強(qiáng)電網(wǎng)輸送能力，促進(jìn)故障后電壓恢復(fù)，抑制振蕩等功能［3］。

對(duì)于SVC的配置方案、參數(shù)選擇、容量優(yōu)化、運(yùn)行特性及控制策略等，相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)做了深入研究［4－7］，但多數(shù)關(guān)注于對(duì)SVC配置本身參數(shù)、容量和控制策略的研究。本文則重點(diǎn)從SVC 與固定無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)控制的角度出發(fā)，利用PSASP 仿真軟件，研究分析某地區(qū)220kV 變電站中裝設(shè)SVC后，與站內(nèi)現(xiàn)有固定無功補(bǔ)償設(shè)備在正常運(yùn)行及事故方式下的控制過程與應(yīng)用效果，說明SVC與固定無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)控制對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要意義，同時(shí)提出了SVC與固定無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)控制策略和建議。

1 系統(tǒng)條件及無功配置

某地區(qū)220kV 變電站，共有220kV、110kV、10kV 三個(gè)電壓等級(jí)，其中220kV 側(cè)經(jīng)2回線路與系統(tǒng)相連，110kV 側(cè)為所帶供電負(fù)荷，10kV 側(cè)裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備。站內(nèi)電氣主接線示意圖如圖1所示。

該220kV 變電站所處地區(qū)的220kV 系統(tǒng)網(wǎng)架為長距離大環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，比較薄弱，缺乏大電源提供無功支撐，地區(qū)電壓無功調(diào)整較為困難。為提高變電站電壓穩(wěn)定水平，減小電壓波動(dòng)，在變電站10kV側(cè)已經(jīng)裝設(shè)2組單組容量為10Mvar的固定電抗器和5組單組容量為8 Mvar的固定電容器（FC）基礎(chǔ)上，又裝設(shè)了1 組容量為－30／20 Mvar的SVC 裝置（FC＋TCR 型），TCR為晶閘管控制電抗器SVC的控制目標(biāo)為變電站220kV 母線，目標(biāo)電壓值為225kV。

由于變電站SVC 裝置與固定補(bǔ)償裝置非同步實(shí)施，在裝設(shè)SVC裝置后，需要研究分析新增SVC裝置與現(xiàn)有固定補(bǔ)償?shù)膮f(xié)調(diào)控制策略及效果。

2 穩(wěn)態(tài)分析

基本方式下的系統(tǒng)運(yùn)行條件：220kV 出線1功率104 MW－j44 Mvar（流出變電站），220kV出線2功率－88 MW－j1Mvar，負(fù)荷140MW ＋j44 Mvar，220、110、10kV 母線電壓分別為225.0、111.1、10.6kV；SVC（FC＋TCR）中，F(xiàn)C 無功功率為20 Mvar，TCR 無功功率為－20 Mvar；2組固定電容，每組8 Mvar，固定電抗0 Mvar。

該方式下，SVC 中的TCR 投入容量為－20 Mvar，F(xiàn)C投入容量為20Mvar，整個(gè)SVC既不吸收無功也不提供無功，投入2 組固定電容，每組8 Mvar。

2.1 負(fù)荷增加

在基本潮流方式上的基礎(chǔ)上，變電站增加20 MW＋j6.6 Mvar的供電負(fù)荷（功率因數(shù)0.95），SVC與站內(nèi)固定無功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)整控制過程如下：

a.系統(tǒng)負(fù)荷增加、電壓水平降低，考慮SVC 中的TCR 進(jìn)行調(diào)節(jié)減少感性無功，從而使整個(gè)SVC向系統(tǒng)提供容性無功，經(jīng)分析當(dāng)TCR 投入0 Mvar感性無功、整個(gè)SVC 輸出20 Mvar容性無功功率時(shí)，變電站220kV 母線電壓為224.8kV；

b.電壓水平仍低于目標(biāo)電壓值，由SVC控制系統(tǒng)發(fā)出指令：投入1組8 Mvar固定電容，則變電站220kV 母線電壓為226.7kV；

c.此時(shí)電壓水平略高于目標(biāo)電壓值，則SVC 中的TCR 進(jìn)行調(diào)節(jié)增加感性無功，從而減少整個(gè)SVC向系統(tǒng)提供的容性無功，經(jīng)分析當(dāng)TCR 投入8 Mvar感性無功、整個(gè)SVC 輸出12 Mvar容性無功時(shí)，變電站220kV 母線電壓達(dá)到目標(biāo)電壓值。

負(fù)荷增加情況下變電站無功調(diào)整情況如表1所示。

2.2 負(fù)荷減少

在基本潮流方式上的基礎(chǔ)上，考慮變電站減少20 MW＋j6.6 Mvar的供電負(fù)荷（功率因數(shù)0.95），SVC與站內(nèi)固定無功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)整控制過程如下：

a.系統(tǒng)負(fù)荷減少、電壓水平升高，由SVC 控制系統(tǒng)發(fā)出指令：切除1組8 Mvar固定電容，則變電站220kV 母線電壓為227.1kV；

b.電壓水平仍高于目標(biāo)電壓值，考慮由SVC控制系統(tǒng)發(fā)出指令：繼續(xù)切除1組8 Mvar固定電容，則變電站220kV 母線電壓為225.4kV；

圖1 220 kV變電站主接線示意圖

表1 負(fù)荷增加無功功率調(diào)整情況

c.電壓水平仍略高于目標(biāo)電壓值，則SVC 中的TCR 進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加感性無功功率，從而使整個(gè)SVC向系統(tǒng)提供感性無功功率。經(jīng)計(jì)算分析，當(dāng)TCR 投入22Mvar感性無功功率、整個(gè)SVC輸出2 Mvar感性無功功率時(shí)，變電站220kV 母線電壓達(dá)到目標(biāo)電壓值。負(fù)荷減少情況下變電站無功調(diào)整情況如表2所示。

3 暫態(tài)分析

a.220kV出線1三相故障時(shí)有無SVC時(shí)的220kV 母線電壓曲線如圖2 所示，SVC 無功輸出曲線如圖3所示?？芍谙到y(tǒng)發(fā)生故障后，變電站SVC能夠快速調(diào)節(jié)提供無功功率支援（由0 Mvar到20 Mvar），提高了故障后的系統(tǒng)電壓水平。

b.220kV 出線2三相故障后，變電站220kV母線電壓曲線如圖4所示，系統(tǒng)電壓失穩(wěn)，考慮采取切除負(fù)荷控制措施，變電站有SVC、切除60%負(fù)荷與變電站無SVC、切除67%負(fù)荷后電壓曲線如圖5所示。可知在系統(tǒng)發(fā)生故障后，通過SVC提供的無功支援，可以減少故障后的切負(fù)荷數(shù)量，而在沒有SVC無功支援的情況下，需要增加故障后的切負(fù)荷數(shù)量。

c.220kV 相鄰線路三相故障后，變電站有SVC和無SVC時(shí)的220kV 母線電壓曲線如圖6所示?？芍谙到y(tǒng)發(fā)生故障后，變電站SVC能夠快速調(diào)節(jié)提供無功支援，抑制了故障后的電壓波動(dòng)，提高了故障后的系統(tǒng)電壓恢復(fù)能力。

4 控制策略分析與建議

根據(jù)前述對(duì)不同條件下系統(tǒng)的安全穩(wěn)定計(jì)算分析可知，通過采取SVC與固定無功補(bǔ)償設(shè)備統(tǒng)一的控制策略，可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定水平和暫態(tài)穩(wěn)定水平，針對(duì)變電站中SVC與固定補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行控制策略及建議如下。

a.SVC 與站內(nèi)固定電容器、電抗器要納入全站統(tǒng)一的無功控制策略中。對(duì)固定電容／電抗器的投、切應(yīng)該由SVC根據(jù)目標(biāo)值，通過SVC 統(tǒng)一的控制策略自動(dòng)完成。

b.增加無功功率時(shí)考慮先切固定電抗器（或TCR）、后投固定電容器，當(dāng)投入的電容器導(dǎo)致電壓高于目標(biāo)值時(shí)，再利用TCR 的連續(xù)調(diào)節(jié)功能，增加感性無功，吸收部分容性無功，降低目標(biāo)電壓。

c.減少無功功率時(shí)考慮先切固定電容器，后投固定電抗器，當(dāng)切除電容器導(dǎo)致電壓低于目標(biāo)值時(shí)，再利用TCR 的連續(xù)調(diào)節(jié)功能，減少感性無功，釋放SVC的部分容性無功，提高目標(biāo)電壓。

d.正常方式時(shí)SVC可以保留最大的動(dòng)態(tài)容性無功儲(chǔ)備，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，SVC 將立即發(fā)出容性無功，TCR 支路快速調(diào)節(jié)釋放動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備，為系統(tǒng)提供電壓支撐。

表2 負(fù)荷減少時(shí)無功功率調(diào)整情況

圖2 出線1故障時(shí)有無SVC的電壓曲線

圖4 出線2故障時(shí)電壓失穩(wěn)曲線

圖5 出線2故障時(shí)有無SVC的切負(fù)荷不同母線電壓

5 結(jié)論

圖6 相鄰線故障時(shí)有SVC和無SVC時(shí)電壓曲線

目前變電站SVC建設(shè)和實(shí)施過程中，往往重點(diǎn)關(guān)注對(duì)SVC設(shè)備本身參數(shù)、容量優(yōu)化等方面的設(shè)計(jì)及研究，而忽略了SVC投入運(yùn)行后與現(xiàn)有固定無功補(bǔ)償設(shè)備的相互協(xié)調(diào)及控制。深入研究SVC 與固定無功補(bǔ)償設(shè)備之間的協(xié)調(diào)控制策略，有利于充分發(fā)揮各無功補(bǔ)償裝置的作用和效果，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定水平，對(duì)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］王正風(fēng).無功功率與電力系統(tǒng)運(yùn)行［M］.中國電力出版社，2009.

［2］王兆安，楊君.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］DL／T 1010—2006，高壓靜止無功補(bǔ)償裝置［S］.

［4］徐式蘊(yùn)，劉津，趙兵，等.藏中電網(wǎng)SVC 配置方案及補(bǔ)償策略分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（8）：2136－2141.

［5］周勝軍，談萌，于坤山.電網(wǎng)SVC 參數(shù)選擇研究［C］／／第四屆電能質(zhì)量及柔性輸電技術(shù)研討會(huì)論文集.呼和浩特：出版者不詳，2012.

［6］劉福鎖，孫斌，林成，等.提高暫態(tài)電壓安全穩(wěn)定性的SVC量化評(píng)估和優(yōu)化配置方案［C］／／2011電力系統(tǒng)自動(dòng)化專委會(huì)學(xué)術(shù)交流研討會(huì)論文集.西寧：出版者不詳，2011.

［7］吳文宣，靳小喜.新塘變電站SVC 運(yùn)行特性與控制策略［J］.福建電力與電工，2008，28（4）：1－4.

［8］DL 755—2001，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則［S］.

［9］DL／T 723—2000，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［10］SD 325—1989，電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則［S］.