無功補償裝置SVC在電網及工礦企業的應用

4.1SVC在配電網和工礦企業的應用

無功傳輸對配電網的影響，一是會導致電力用戶電壓水平的惡化，二是會造成線損的上升。為了降低無功傳輸帶來的不利影響，可以在配電網無功負荷集中處安裝一定容量的SVC，由SVC向負荷點就近提供無功功率，以減少係統流入的Q，這樣不僅可使網絡產生的壓降△U變小，同時也可使網絡的線損△A減小。當在配電網絡中並入容量為QB的SVC之後，網絡的壓降和線損為

由以上兩式可見，QB增大，壓降△U就會變小，即降損的效果就會增大；當QB＝Q時，由無功傳輸帶來的壓降損失和線損為0，其改善電壓和降損的效果達到*佳；如果QB》Q，則會出現無功倒流入係統的情況，這時壓降損失反而會增大，降損的效果也會逐步開始惡化。所以，配網側SVC在一定條件下不僅可以改善配網用戶的電壓質量，同時還可以降損節電。

4.2DSTATCOM基本原理及應用

在配電網中，將中小容量的STATCOM安裝在某些特殊負荷（如電弧爐）附近，可以顯著地改善負荷與公共電網連接點處的電能質量，如提高功率因數、克服三相不平衡、消除電壓閃變和電壓波動、抑止諧波汙染等。這種在配電網中用來提高電能質量的STATCOM一般稱為配電同步補償器（DISTRIBUTIONSTATCOM，DSTATCOM）。

和高壓大容量STATCOM類似，DSTATCOM的基本原理是將自換相橋式電路通過電抗器並聯在電網上或者直接並聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控製其交流側電流就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。

DSTATCOM主要應用在經濟效益受電能質量影響較大的工礦企業，如鋼鐵、冶金、礦山、電氣化鐵路、風電廠以及其他具有或者靠近衝擊性負荷和大容量電動機的工業領域。DSTATCOM能夠有效改善配電網的電能質量，可以為配電網中的廠礦用戶帶來可觀的經濟效益。以瑞典UDDEHOLMTOOLING鋼鐵公司的DSTATCOM項目為例，該鋼廠有1台電弧爐和1台精煉爐，額定功率共37.5MVA，2座電爐均由132KV線路通過132／10.5KV變壓器供電。在其10.5KV供電母線上安裝了1套±22MVA的DSTATCOM設備後，鋼廠的各項指標發生了下列變化：①功率因數高於0.95，避免了電力部門的罰款。②冶煉時間從124MIN／爐降至106MIN／爐，縮短了18MIN／爐，即14.5％。③電極消耗量從2.39KG／T降至2.12KG／T，減少了0.2KG／T，即8.4％。④耗電量從625KWH／T降至600KWH／T，減少了25KWH／T，即4％。⑤電壓閃變減少3～5倍。⑥熔化期時，DSTATCOM投運前10KV母線電壓在9.7～10.8KV之間波動，波動幅度為1.1KV，即10.5％，而投運後，電壓為10.4KV，波動幅度在0.1KV之內，即0.95％。按目前生產資料價格、電價以及年產量計算，安裝DSTATCOM後，該鋼廠每年因節能降耗和增產所創造經濟效益的總和有逾千萬元人民幣。5STATCOM與SVC的技術經濟比較

STATCOM（包括DSTATCOM）和SVC都為無功補償裝置，但它們的特性功能卻存在著相當的差異。一般說來，STATCOM和SVC相比有下列優越性：

（1）STATCOM輸出電流不依賴於電壓，表現為恒流源特性，具有更寬的運行範圍。而SVC本質是阻抗型補償，輸出電流和電壓成線性關係。因此係統電壓變低時，同容量STATCOM可以比SVC提供更大的補償容量。

（2）STATCOM比SVC具有更快的響應速度，因而更適合抑製電壓閃變。STATCOM響應時間在10MS以內，而SVC響應時間一般在20～40MS。STATCOM從額定容性無功功率變為額定感性無功功率（或相反）可在1MS之內完成，這種響應速度完全可以勝任對衝擊性負荷的補償。

（3）STATCOM采用橋式交流電路的多重化技術、多電平技術或PWM技術來消除次數較低的諧波，並使較高次數如7、11等次諧波減小到可以接受的程度。而SVC本身要產生一定量的諧波，如TCR型的5、7次特征次諧波量比較大，占基波值的5％～8％；其他如SR，TCT等也產生3、5、7、11等次的高次諧波，這給SVC係統的濾波器設計帶來許多困難。

（4）在故障條件下，STATCOM比SVC具有更好的控製穩定性。SVC使用了大量電容器電抗器，當外部係統容量與補償裝置的容量可比時，SVC會產生不穩定性。STATCOM對外部係統運行條件和結構變化不敏感。

（5）同容量STATCOM占地麵積小於SVC。由於STATCOM使用直流電容器儲能，因而可以減小電容器體積，且不需要並聯電抗器即可以控製無功功率平滑變化，因此安裝尺寸大大減小。

（6）STATCOM能夠在一定範圍內提供有功功率，減少有功功率衝擊。SVC隻能提供無功功率，不具備提供有功功率的功能。

（7）STATCOM中電容、電感等元件采用了與SVC完全不同的技術和製作工藝，運行過程中電磁噪聲顯著降低。

（8）STATCOM具有優良的可擴展性。STATCOM技術為許多FACTS設備如UPFC、APF、BESS等提供了堅實的基礎，因此擁有廣闊的應用前景。

一般仿真研究表明，暫態穩定問題中為使得電壓恢複效果相同，安裝STATCOM容量要比SVC節約20％左右。但SVC發展曆史相對於STATCOM來說要久遠，因此其技術實現比較成熟，同時它還具有結構簡單、控製算法容易實現、成本較低的優勢，在一些對無功補償性能要求不高的場合，SVC依然是一個合適的選擇；此外，SVC具有多種拓撲組合，可以根據用戶需求選擇相應的組合。應用STATCOM取代SVC中的TCR，與TSC形成的組合也是一種可選的經濟方案，該組合綜合了STATCOM快速性、諧波含量低、正負無功平滑調節以及TSC的經濟性、分級補償的特點。

無功補償裝置SVC、STATCOM及DSTATCOM等在輸電網、配電網、大型工礦企業中應用廣泛，起到了電壓支撐、無功補償、抑製閃變等關鍵作用。隨著技術的發展以及電網**和電力用戶的需要，無功補償裝置將會得到更為廣泛的應用，且應用的方式也將隨著使用場合的不同而靈活采用不同的無功補償方式，或者同時綜合應用多種無功補償技術。