SVC無功補償裝置的工作原理及應用

3.1SVC的工作原理及在電網中應用

TCR＋TSC型SVC的基本拓撲結構見圖1。它由1台TCR、2台TSC以及2個無源濾波器組成，在實際係統中，TSC及無源濾波的組數可根據需要設置

圖1TCR＋TSC型SVC基本拓撲結構

TCR的工作原理是通過控製與相控電抗器連接的反並聯晶閘管對的移相觸發脈衝來改變電抗器等效電納的大小，從而輸出連續可變的無功功率。圖1中兩個晶閘管分彆按照單相半波交流開關運行，通過改變控製角α可以改變電感中通過的電流。α的計量以電壓過零點為基準，α在90°～180°之間可部分導通，導通角增大則電流基波分量減小，等價於用增大電抗器的電抗來減小基波無功功率。導通角在90°～180°之間連續調節時電流也從額定到0連續變化，TCR提供的補償電流中含有諧波分量。

TSC的工作原理是根據負載感性無功功率的變化通過反並聯晶閘管對來切除或者投入電容器。這裡，晶閘管隻是作為投切開關，而不像TCR中的晶閘管起相控作用。在實際係統中，每個電容器組都要串聯一個阻尼電抗器，以降低非正常運行狀態下產生的對晶閘管的衝擊電流值，同時避免與係統產生諧振。用晶閘管投切電容器組時，通常選取係統電壓峰值時或者過零點時作為投切動作的必要條件。由於TSC中的電容器隻是在兩個極端的電流值之間切換，因此它不會產生諧波，但它對無功功率的補償是階躍的。

TCR和TSC組合後的運行原理為：當係統電壓低於設定的運行電壓時，根據需要補償的無功量投入適當組數的電容器組，並略有一點正偏差（過補償），此時再利用TCR調節輸出的感性無功功率來抵消這部分過補償容性無功；當係統電壓高於設定電壓時，則切除所有電容器組，隻留有TCR運行。圖2給出了該控製方式下穩定係統電壓時采用的控製框圖，控製器所需信號為係統線電壓和線電流。如果用於補償係統無功功率或校正係統功率因數，隻需將電壓設定值改為相應的無功設定值或功率因數設定值即可。控製規律采用可變參數的PI調節器，其算法簡單、可靠，而且易實現。

圖2SVC麵向係統平衡策略控製框圖

SVC應用於電力係統中對係統產生的影響有：①增強係統的暫態穩定性。SVC安裝於中長距離輸電線路中點可以改善係統的暫態穩定性，其P－δ特性曲線給故障後電機提供的減速麵積和暫態裕量比冇有補償的情況下要大。②有力的支持係統電壓，防止電壓崩潰。係統發生故障或者負荷電流（尤其是無功電流）急劇增高的瞬間，SVC能夠對係統進行瞬時無功補償來支撐電壓以抑製電壓崩潰的趨勢。③有效的阻尼係統振蕩。TCR可以用極高的速度平滑地調節無功和電壓，具有調製狀態工作的可能。它可以在一個與工頻50HZ不同的頻率下作適當浮動，如果浮動與係統搖擺或振蕩頻率相同而相位相反，就可以增大係統的阻尼而抑製振蕩。④補償不平衡負荷。負荷不平衡時，SVC不平衡控製策略可以補償係統使供電電流變成三相平衡，能夠使單相負荷變成三相平衡負荷而冇有無功分量。⑤抑製負荷側電壓波動和閃變，校正功率因數。

SVC也有其自身的弱點，它是阻抗型補償，隨著電壓的降低其無功輸出也會與電壓成平方關係降低，若采用基於電壓源逆變器的STATCOM將會取得更好的效果。

3.2STATCOM的工作原理及在電網中應用

我國次研製成功的±20MVARSTATCOM的總體構成框圖見圖3。它主要由直流電壓源（通常以直流電容代替）、基於GTO的逆變器和連接變壓器3部分組成。以二極管構成的整流橋從交流係統吸取少量有功功率對直流電容C充電，保持其電壓穩定。控製器根據電網無功變化情況，通過6個全控型開關器件構成的三相逆變器向係統輸入感性或容性無功。STATCOM向係統注入的無功Q為

／式中，VS為係統電壓；RS為逆變橋等效電阻；δ為SVG輸出電壓與VS的夾角。

由公式可知，通過調節δ的大小，就可以控製STATCOM注入係統的無功功率。由於RS很小，所以調節範圍非常大。如果多台STATCOM並聯移相輸出，則既可提升補償容量，又能抑製裝置本身的諧波電流。

圖3±20MVARSTATCOM總體構成框圖

TATCOM在控製策略上與SVC的區彆在於：在SVC裝置中，由外閉環調節器輸出的控製信號用作SVC等效電納的參考值，以此信號來控製SVC調節到所需的等效電納。而在STATCOM中，外閉環調節器輸出的控製信號則被視為補償器應產生的無功電流（或無功功率）的參考值，然後由參考值調節STATCOM來產生所需無功電流。其具體控製方法可分為間接控製和直接控製兩大類，STATCOM采用電流直接控製方法的響應速度和控製精度比間接控製法有很大的提高。

STATCOM在輸電係統中的作為無功補償裝置用時，除具有SVC的所有良好性能外，運行範圍更寬，且輸出無功電流不受係統電壓影響。采用多重化技術的STATCOM，諧波含量少，不需要濾波器，能夠有力的提高係統的暫態性能。

3.3STATCOM及SVC應用於輸電網的仿真研究

STATCOM和SVC應用於大規模輸電網中以加強動態無功補償、改善電網末端或大負荷中心電壓穩定性以及作為直流輸電無功控製設備，已經做了大量的研究工作。近年來，由於經濟的快速發展，我國形成了京津唐、長三角以及珠三角3大負荷中心。這3個地區都具有遠離電源、缺乏足夠的無功備用以及空調負荷比例高等特點，因此，均有不同程度的電壓穩定問題。

根據已有的仿真分析，北京電網在負荷突增時會出現暫態電壓失穩現象，需要在安定、老君堂、西大望等地安裝STATCOM（或者SVC）以防止電壓崩潰。上海的黃渡分區內150MVAR調相機退出運行後，隻有一個12MW的小火電接入，並且這裡將是三峽直流的落點，若發生故障將會出現嚴重的電壓失穩，需要安裝STATCOM提供快速的無功支撐，目前正在研製的50MVARSTATCOM將在這裡投入使用。廣東電網是擁有多直流的交直流混聯係統，直流落點本身需要大量的無功支撐，STATCOM無疑是*佳的選擇；同時在直流退出運行的情況下，需要在交流長輸電線路中點賀州安裝STATCOM以提升線路傳輸極限，維持電壓穩定；此外，負荷突增情況下，弱受端係統會出現持續的電壓跌落，選擇合適的地點安裝STATCOM可以增強係統的電壓維持能力。