曹曉麗 熊少義

1. 鄭州西亞斯學(xué)院 河南 鄭州 451100；2. 天津合縱電力設(shè)備有限公司 天津 300000

前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速成長和科學(xué)技術(shù)的不斷革新，電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)不停地更上一層樓，在沒有對電網(wǎng)進(jìn)行一些改變措施的時候，普通居民用戶的功率因數(shù)一般在0.6以上0.8以下，因此從功率因數(shù)的數(shù)據(jù)上來看的話，配電網(wǎng)的無功功率的損耗是比較大的，從而不利于對電網(wǎng)容量利用率的提高。

功率因數(shù)低下主要是由于在實(shí)踐中感性負(fù)載的存在，使得無功功率增加。若果負(fù)載的無功部分從發(fā)電機(jī)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(chǎn)生一些干擾[1]。為了保證電氣設(shè)備運(yùn)行的效率和降低費(fèi)用（對無功功率電力部門也按計量收費(fèi)），應(yīng)該采取無功功率補(bǔ)償?shù)霓k法，因此，無功補(bǔ)償?shù)难芯恳饬x重大。在需要更精準(zhǔn)更快速的補(bǔ)償需求下，靜止同步補(bǔ)償器SVC是采用的開關(guān)器件與直流側(cè)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(bǔ)償器SVC

靜止同步補(bǔ)償器SVC被稱為“靜止的調(diào)相機(jī)”，是現(xiàn)代柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的核心組成部分。典型的靜止無功補(bǔ)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(fā)出無功電流的能力，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，穩(wěn)定電壓源電壓。SVC的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

1.1 TCR型SVC

TCR支路由電抗器和兩個反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)構(gòu)成，TSC支路由電容器和兩個反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)構(gòu)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(dǎo)通角β或觸發(fā)角α的函數(shù)。通過調(diào)整β或α可以平滑地調(diào)整并聯(lián)在系統(tǒng)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(diào)節(jié)器[4]。

優(yōu)點(diǎn)主要有：①可以進(jìn)行連續(xù)感性和容性無功調(diào)節(jié)：單獨(dú)的TCR由于只能吸收感性無功功率，與并聯(lián)電容器配合使用，可以將補(bǔ)償器的總體無功電流偏置到可吸收容性無功的范圍內(nèi)。②能進(jìn)行分相調(diào)節(jié)：降壓變壓器二次繞組連接成“開口星型”[5]，中點(diǎn)分開，這是要使每相負(fù)載與另外兩相獨(dú)立，從而正序和負(fù)序的幅值可以單獨(dú)控制、分相調(diào)節(jié)，可以平衡不平衡負(fù)載。③吸收諧波能力好：并聯(lián)電抗器串上小調(diào)諧電抗器還可兼作濾波器，能很好地吸收TCR產(chǎn)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(tài)響應(yīng)時間較快（約l0ms），是能夠勝任多類負(fù)荷的動態(tài)無功補(bǔ)償。

缺點(diǎn)主要有：①自身有諧波含量產(chǎn)生：TCR型SVC產(chǎn)生的諧波主要是奇次諧波，產(chǎn)生的諧波電流會使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生畸變，從而對系統(tǒng)及設(shè)備產(chǎn)生一系列的危害，因此利用TCR和改善功率因數(shù)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(yùn)行維護(hù)復(fù)雜：由于組成部分較多而且較為復(fù)雜，TCR本身的反并聯(lián)晶閘管、多組FC，這些雖然使得控制靈活，但也讓運(yùn)行維護(hù)更復(fù)雜。

由于TCR型SVC具有反應(yīng)時間快，無級補(bǔ)償，運(yùn)行可靠，能分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣，價格較便宜等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用最廣，在控制電弧爐負(fù)荷產(chǎn)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(diào)節(jié)器構(gòu)成。工作原理是通過檢測到反并聯(lián)的晶閘管閥兩端的電壓，在過零時控制晶閘管導(dǎo)通將電容器投入。

主要優(yōu)點(diǎn)有：①快速響應(yīng)性、可頻繁動作性以及分相調(diào)節(jié)，有效地抑制電壓波動問題。②自身不產(chǎn)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(chǎn)生諧波。③噪聲小。④損耗很小。⑤控制靈活性好。⑥用于調(diào)壓，調(diào)無功，減低電壓波動。⑦快速深度無功補(bǔ)償：這使得TSC可有效地用于防止電壓崩潰——在系統(tǒng)故障和負(fù)荷電流急劇增加時，使用SVC裝置快速補(bǔ)償無功功率，對系統(tǒng)電壓起支撐作用，可顯著地抑制電壓崩潰趨勢。

主要缺點(diǎn)有：①動態(tài)響應(yīng)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(shí)現(xiàn)級差無功補(bǔ)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(shè)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(yùn)行維護(hù)較復(fù)雜：由于采用多組反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)的形式，使得晶閘管的散熱、導(dǎo)通的同時性、損壞的檢測以及維護(hù)等都帶來了一定的難度。

2 TSC+TCR的控制與實(shí)施

TSC只調(diào)節(jié)電容器，可補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無功功率。如果級數(shù)分得足夠細(xì)，基本可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。但由于每級均需晶閘管閥，從性價比看的話不宜分得太細(xì)。TSC的每個分級之間的無功功率可通過TCR來連續(xù)調(diào)節(jié)，所以TSC裝置一般與電感并聯(lián)，即組成TSC+TCR補(bǔ)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(fā)角信號輸入AORD和TSC的電容投切信號csw由SVC控制電路產(chǎn)生，而當(dāng)前投切的電容器組數(shù)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(jù)測得的SVC輸出無功功率Qsvc的標(biāo)值計算代表線路壓降的標(biāo)值（0.031svc），但實(shí)際測量得到的就是PCC點(diǎn)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(diǎn)電壓有效值進(jìn)行濾波處理。用電壓參考值Vref減去實(shí)際測得的電壓后，通過PI校正環(huán)節(jié)，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(fā)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(fā)時刻的角度，而PSCAD模型中以電壓過零點(diǎn)為計算觸發(fā)角的起始點(diǎn)，因此需要將計算出的角度加上90°。

當(dāng)BTCR從-1.0到1.5變化時分段線性化的觸發(fā)角如圖4所示。

圖4 分段線性化的觸發(fā)角相對電納參考值的曲線

3 結(jié)束語

TCR型SVC因其具有快速響應(yīng)性、可頻繁動作性以及分相補(bǔ)償能力，可應(yīng)用于對大型沖擊性、快速周期波動變化、不平衡、非線性負(fù)荷（如電氣化鐵路、電弧爐、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電站、大功率變頻調(diào)速裝置等）的動態(tài)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，可有效地抑制這些負(fù)荷所引起的電壓波動問題，故是低壓動態(tài)補(bǔ)償?shù)氖走x方式。對高壓大容量需要大范圍調(diào)節(jié)無功或電壓的情況，也是好的選擇。與TCR聯(lián)用往往可以解決更多問題。