高壓靜止型動態無功補償裝置SVC

1．引言

目前，我國電網的建設和運行中長期存在的一個問題是無功補償容量不足和配備不合理，特彆是可調節的無功容量不足，快速響應的無功調節設備更少。近年來，隨著大功率非線性負荷的不斷增加，電網的無功衝擊和諧波汙染呈不斷上升的趨勢，無功調節手段的缺乏使得母線電壓隨運行方式的改變而變化很大，導致電網的線損增加，電壓合格率降低。此外，隨著電網的發展，係統穩定性的問題也愈加重要。動態無功補償技術是一種提高電壓穩定性的經濟、有效的措施。另外，動態無功補償技術在冶金、電氣化鐵路、煤炭等工業領域的客觀需求也很大。在目前情況下，采用TCR型SVC靜止型動態無功補償裝置對於消除軋機和其他大型電動機等對稱性負載所產生的無功衝擊是很有效的，電網電壓波動明顯改善，功率因數明顯提高，是一種技術含量高、經濟效益顯著的新型節能裝置。

2．SVC的基本類型和結構

SVC的補償原理是通過控製晶閘管觸發角，改變接入係統中的SVC等效電納的大小，從而使SVC達到調節無功功率的目的。靜止無功補償裝置；**類是晶閘管控製電抗器（TCR），晶閘管投切電容器（TSC），這兩類裝置通稱為SVC。

2.1具有飽和電抗器的補償器 “無功補償器”（SR）

飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應的無功補償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩定電壓，它利用鐵心的飽和特性來控製發出或吸收無功功率的大小。可控飽和電抗器通過改變控製繞組中的工作電流來控製鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控製無功電流的大小。SR的缺點是：造價高、損耗大、有振動和噪聲、調整時間長、動態補償速度慢。由於具有這些缺點，所以飽和電抗器的靜止無功補償器應用的比較少。

2.2晶閘管投切電容器（TSC）

單相TSC的原理，是采用兩個反並聯的晶閘管起到將電容接入電網或從電網中斷開的作用，而串聯小電感可以抑製電容器投入電網時可能產生的衝擊電流。TSC的關鍵技術是投切電容器時刻的選取。經過多年的分析與實驗研究，其*佳投切時間是晶閘管兩端的電壓為零的時刻，即電容器兩端電壓等於電源電壓的時刻，此時投切電容器，電路的衝擊電流為零。這種補償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對電容器預先充電，充電結束之後再投入電容器。TSC的優點在於它能對三相不平衡負載進行分相補償，操作中不產生有害過電壓，但是它對於由於負載的突變引起的電壓閃變，單靠電容器投入電網的電容量的變化進行調節是不夠的，因此TSC裝置一般與電感相並聯，采用TCR與TSC配合使用構成混合型補償器，這種補償器以電容器作分級粗調，以電感作相控細調。但是，SVC裝置在動態調節無功功率時不可避免的會產生大量諧波，需要將固定電容器和電感串聯構成諧波濾波器來濾除諧波。而且SVC運行時電容和電感的一部分容量相互抵消，不經濟，且電容分組不連續投切會影響調節質量。

2.3晶閘管控製電抗器（TCR）

單相TCR原理如圖1所示，由兩個反並聯的晶閘管與一個電抗器串聯組成。其三相多接成三角形，這樣的電路並入到電網中相當於接入了電感性負載的交流調壓電路。此電路的有效移相範圍為90°～180°。根據晶閘管的導通角與TCR的等效電納間的關係可知，當觸發角為90°時，晶閘管全導通，晶閘管串聯的電抗全部接入電網上，此時電抗器吸收的無功電流*大。當觸發角在90°～180°之間時，晶閘管部分區間導通。增大觸發角即可減小補償器的等效電納，這樣就會減小補償電流中的基波分量，即減少了吸收的無功功率。所以通過調整觸發角的大小就可以改變補償器所吸收的無功分量，達到調整無功功率的效果。

TCR原理如圖1

3．SVC的基本控製原理

SVC控製係統包括四個部分。

部分為“TCR基波電流（或電抗）參考值計算”，即根據裝置的無功電流（或功率）需求，計算其中的TCR基波電流（或功率，或電抗）參考值；如果裝置的參考輸入為無功電流需求，實時測得FC支路的電流有效值，則TCR支路電流的參考值即為前者減去後者。

**部分為“觸發延遲角計算”，即根據TCR的無功電流或電抗的參考值變換得到晶閘管的觸發延遲角，有以下幾種方法可以實現：

（1）模擬電路法，通過模擬電路構造模擬函數發生器，將輸入信號（如TCR支路的電流參考值）變換成一個與觸發延遲角成正比的輸出信號。

（2）數字查表法（DIGITALLOOKUPTABLE），將輸入參考值與觸發角的函數關係用一個數字表存儲起來，“觸發延遲角產生”模塊每隔一定的時間，根據輸入查表獲得對應的觸發延遲角。

（3）微處理器方法（MICROPROCESSORBASEDMETHOD），采用單片機或者計算機構成信號處理係統，它根據參考輸入，實時計算觸發延遲角。

第三部分為“同步定時”，即向脈衝控製提供同步用的基準信號，它與輸入交流電壓頻率相同、有固定的相位關係，控製器根據該基準信號產生晶閘管觸發脈衝。

第四部分為晶閘管“觸發脈衝產生”，即根據“觸發延遲角計算”模塊產生的觸發延遲角，形成晶閘管門極觸發脈衝，在適當時刻導通晶閘管，使TCR支路工作。

4．SVC的組成部分

高壓靜止無功補償裝置一次部分主要由電容器、電抗器、晶閘管、空開、接觸器等組成；二次部分主要由數據采集板（DAS），數據處理板（DSP），電源模塊、驅動模塊等組成。晶閘管的作用主要是控製電抗器的輸出電流。

裝置啟動後，先采集係統的電壓量、電流量、接觸器位置，計算出係統的功率因數。根據實際功率因數給出控製信號，由驅動模塊驅動晶閘管，使晶閘管保持相應的導通角，從而控製整套裝置的無功輸出，使係統的功率因數滿足要求。

5．SVC主回路接線方案

圖2是SVC裝置的一次主接線圖。SVC裝置接在單母線上，其中3次、5次濾波器分彆為等容量的兩組支路，與TCR支路共同接在該10KV母線上。

SVC裝置的一次主接線圖

六脈衝TCR由三角形連接的三個單相單元構成，其中，每個單元由一個晶閘管閥和兩個分裂電抗器相串聯。晶閘管閥由多個晶閘管對串聯以獲得10KV額定電壓和承受正常運行的過電壓情況，兩組晶閘管在正負半周交替導通，實現對交流電流的開關與控製。

6．結束語

該SVC裝置已在現場投入運行，並達到了預期的補償目標，為解決大型衝擊性、三相非對稱性、低功率因數及非線性負荷給電網帶來的公害提供了可行的方案和重要技術手段。