SVC与固定无功补偿设备协调控制实用效果分析

张忠华，胡 杰

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021）

无功功率补偿对于保证电力系统稳定运行，提高供电质量，提高设备运行效率，减少输电损耗，增大输送能力等都具有重要的意义［1］。目前变电站中固定并联电抗器和电容器是最常用的无功补偿装置，一般装设于主变压器低压侧，通过随时投入／切出作为一种控制系统电压水平的手段，优点是结构简单、经济方便，目前是我国电网采用的最主要补偿装置；缺点是补偿容量固定，对于变动较大的负荷易造成“过补”或“欠补”，不能有效提高功率因数，而且容易发生谐振，无法实现滤波等功能［1－2］。

静止无功补偿装置（SVC）相对于常规通过断路器或接触器投切的固定电容器、电抗器，其特点是能快速、平滑、实时地向系统提供无功，以实现提高系统稳定水平，增强电网输送能力，促进故障后电压恢复，抑制振荡等功能［3］。

对于SVC的配置方案、参数选择、容量优化、运行特性及控制策略等，相关文献已经做了深入研究［4－7］，但多数关注于对SVC配置本身参数、容量和控制策略的研究。本文则重点从SVC 与固定无功补偿设备协调控制的角度出发，利用PSASP 仿真软件，研究分析某地区220kV 变电站中装设SVC后，与站内现有固定无功补偿设备在正常运行及事故方式下的控制过程与应用效果，说明SVC与固定无功补偿设备协调控制对系统稳定运行的重要意义，同时提出了SVC与固定无功补偿设备协调控制策略和建议。

1 系统条件及无功配置

某地区220kV 变电站，共有220kV、110kV、10kV 三个电压等级，其中220kV 侧经2回线路与系统相连，110kV 侧为所带供电负荷，10kV 侧装设无功补偿设备。站内电气主接线示意图如图1所示。

该220kV 变电站所处地区的220kV 系统网架为长距离大环网结构，比较薄弱，缺乏大电源提供无功支撑，地区电压无功调整较为困难。为提高变电站电压稳定水平，减小电压波动，在变电站10kV侧已经装设2组单组容量为10Mvar的固定电抗器和5组单组容量为8 Mvar的固定电容器（FC）基础上，又装设了1 组容量为－30／20 Mvar的SVC 装置（FC＋TCR 型），TCR为晶闸管控制电抗器SVC的控制目标为变电站220kV 母线，目标电压值为225kV。

由于变电站SVC 装置与固定补偿装置非同步实施，在装设SVC装置后，需要研究分析新增SVC装置与现有固定补偿的协调控制策略及效果。

2 稳态分析

基本方式下的系统运行条件：220kV 出线1功率104 MW－j44 Mvar（流出变电站），220kV出线2功率－88 MW－j1Mvar，负荷140MW ＋j44 Mvar，220、110、10kV 母线电压分别为225.0、111.1、10.6kV；SVC（FC＋TCR）中，FC 无功功率为20 Mvar，TCR 无功功率为－20 Mvar；2组固定电容，每组8 Mvar，固定电抗0 Mvar。

该方式下，SVC 中的TCR 投入容量为－20 Mvar，FC投入容量为20Mvar，整个SVC既不吸收无功也不提供无功，投入2 组固定电容，每组8 Mvar。

2.1 负荷增加

在基本潮流方式上的基础上，变电站增加20 MW＋j6.6 Mvar的供电负荷（功率因数0.95），SVC与站内固定无功补偿设备调整控制过程如下：

a.系统负荷增加、电压水平降低，考虑SVC 中的TCR 进行调节减少感性无功，从而使整个SVC向系统提供容性无功，经分析当TCR 投入0 Mvar感性无功、整个SVC 输出20 Mvar容性无功功率时，变电站220kV 母线电压为224.8kV；

b.电压水平仍低于目标电压值，由SVC控制系统发出指令：投入1组8 Mvar固定电容，则变电站220kV 母线电压为226.7kV；

c.此时电压水平略高于目标电压值，则SVC 中的TCR 进行调节增加感性无功，从而减少整个SVC向系统提供的容性无功，经分析当TCR 投入8 Mvar感性无功、整个SVC 输出12 Mvar容性无功时，变电站220kV 母线电压达到目标电压值。

负荷增加情况下变电站无功调整情况如表1所示。

2.2 负荷减少

在基本潮流方式上的基础上，考虑变电站减少20 MW＋j6.6 Mvar的供电负荷（功率因数0.95），SVC与站内固定无功补偿设备调整控制过程如下：

a.系统负荷减少、电压水平升高，由SVC 控制系统发出指令：切除1组8 Mvar固定电容，则变电站220kV 母线电压为227.1kV；

b.电压水平仍高于目标电压值，考虑由SVC控制系统发出指令：继续切除1组8 Mvar固定电容，则变电站220kV 母线电压为225.4kV；

图1 220 kV变电站主接线示意图

表1 负荷增加无功功率调整情况

c.电压水平仍略高于目标电压值，则SVC 中的TCR 进行调节，增加感性无功功率，从而使整个SVC向系统提供感性无功功率。经计算分析，当TCR 投入22Mvar感性无功功率、整个SVC输出2 Mvar感性无功功率时，变电站220kV 母线电压达到目标电压值。负荷减少情况下变电站无功调整情况如表2所示。

3 暂态分析

a.220kV出线1三相故障时有无SVC时的220kV 母线电压曲线如图2 所示，SVC 无功输出曲线如图3所示。可知在系统发生故障后，变电站SVC能够快速调节提供无功功率支援（由0 Mvar到20 Mvar），提高了故障后的系统电压水平。

b.220kV 出线2三相故障后，变电站220kV母线电压曲线如图4所示，系统电压失稳，考虑采取切除负荷控制措施，变电站有SVC、切除60%负荷与变电站无SVC、切除67%负荷后电压曲线如图5所示。可知在系统发生故障后，通过SVC提供的无功支援，可以减少故障后的切负荷数量，而在没有SVC无功支援的情况下，需要增加故障后的切负荷数量。

c.220kV 相邻线路三相故障后，变电站有SVC和无SVC时的220kV 母线电压曲线如图6所示。可知在系统发生故障后，变电站SVC能够快速调节提供无功支援，抑制了故障后的电压波动，提高了故障后的系统电压恢复能力。

4 控制策略分析与建议

根据前述对不同条件下系统的安全稳定计算分析可知，通过采取SVC与固定无功补偿设备统一的控制策略，可以提高系统的静态稳定水平和暂态稳定水平，针对变电站中SVC与固定补偿设备的运行控制策略及建议如下。

a.SVC 与站内固定电容器、电抗器要纳入全站统一的无功控制策略中。对固定电容／电抗器的投、切应该由SVC根据目标值，通过SVC 统一的控制策略自动完成。

b.增加无功功率时考虑先切固定电抗器（或TCR）、后投固定电容器，当投入的电容器导致电压高于目标值时，再利用TCR 的连续调节功能，增加感性无功，吸收部分容性无功，降低目标电压。

c.减少无功功率时考虑先切固定电容器，后投固定电抗器，当切除电容器导致电压低于目标值时，再利用TCR 的连续调节功能，减少感性无功，释放SVC的部分容性无功，提高目标电压。

d.正常方式时SVC可以保留最大的动态容性无功储备，当系统故障时，SVC 将立即发出容性无功，TCR 支路快速调节释放动态无功储备，为系统提供电压支撑。

表2 负荷减少时无功功率调整情况

图2 出线1故障时有无SVC的电压曲线

图4 出线2故障时电压失稳曲线

图5 出线2故障时有无SVC的切负荷不同母线电压

5 结论

图6 相邻线故障时有SVC和无SVC时电压曲线

目前变电站SVC建设和实施过程中，往往重点关注对SVC设备本身参数、容量优化等方面的设计及研究，而忽略了SVC投入运行后与现有固定无功补偿设备的相互协调及控制。深入研究SVC 与固定无功补偿设备之间的协调控制策略，有利于充分发挥各无功补偿装置的作用和效果，提高电网的稳定水平，对系统的安全、稳定运行具有重要的现实意义。

［1］王正风.无功功率与电力系统运行［M］.中国电力出版社，2009.

［2］王兆安，杨君.谐波抑制和无功功率补偿［M］.机械工业出版社，2005.

［3］DL／T 1010—2006，高压静止无功补偿装置［S］.

［4］徐式蕴，刘津，赵兵，等.藏中电网SVC 配置方案及补偿策略分析［J］.电网技术，2013，37（8）：2136－2141.

［5］周胜军，谈萌，于坤山.电网SVC 参数选择研究［C］／／第四届电能质量及柔性输电技术研讨会论文集.呼和浩特：出版者不详，2012.

［6］刘福锁，孙斌，林成，等.提高暂态电压安全稳定性的SVC量化评估和优化配置方案［C］／／2011电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集.西宁：出版者不详，2011.

［7］吴文宣，靳小喜.新塘变电站SVC 运行特性与控制策略［J］.福建电力与电工，2008，28（4）：1－4.

［8］DL 755—2001，电力系统安全稳定导则［S］.

［9］DL／T 723—2000，电力系统安全稳定控制技术导则［S］.

［10］SD 325—1989，电力系统电压和无功电力技术导则［S］.