低压配电系统静止无功补偿技术的探析

卢星宏

摘 要：城市供电作为日常居民生活密切相关的事情，它的运行既要求实用性，同时也必须满足较高的性价比。针对这个特点，静止无功补偿装置可以用来补偿运行网络中的无功，有效地降低了电力损耗，提高了性价比。如何实现静止无功补偿？可以通过瞬时对称分析这种方法，寻求一个配电网络系统无功电流，这种方法除了可以求出实时的无功电流，也可以提高在SVC补偿中的精确性和可靠性。

关键词：无功补偿；SVC瞬时对称分量法

在当前的城市低压配电网络中有两个情况日益凸显：第一这种网络中的负荷密度很大；第二低压配电网络中的非线性负荷增多。由此造成三个方面的问题：第一个问题是无功损耗的加大；第二个是电压不稳定，波动频繁；第三个是三相负荷不平衡。当然除了这些主要问题之外还存在其他的相关问题，本论文不做重点研究。为满足居民的正常，稳定用电，低压配电网络必须满足两个要求：第一个是提高电压合格率；第二个是保证电能质量。而满足这些要求的根本措施就是进行无功补偿。至于说无功补偿装置的具体实现是本研究的重点。

1 SVC的发展现状

在低压配电网络中的SVC应用技术已经成熟，并且可靠性已经得到了充分的验证，但是在高电压的等级系统中这种应用并不是成熟。而且对于这项技术应用中的晶闸管，电压的等级越高，也就意味着晶闸管工作的可靠性越低。引起这个问题的主要原因是：第一晶闸管对于电压的承受是有一定的极限，高出这个极限会导致晶闸管无法正常工作。第二如果为了满足这样高的工作电压，就必须采取多支晶闸管串联的方式，而串联的晶闸管容易导致一致性方面的问题，一旦出现一致性通断的问题就会使得晶闸管的通断时间不一致，从而使得环流的产生，影响晶闸管的正常工作。

目前来说，国外的技术高于国内的技术水平。在SVC响应速度这个关键的指标上，西门子和索尼做得相当不错。但是正因为国内的技术水平无法达到国外的技术水平，使得这种高品质的SVC严重依靠进口，价格自然就要受制于人，比较昂贵。

2 SVC的工作原理

2.1 型式

SVC经过多年的发展和产业应用，目前发展出来了许多型式，例如TCR型，TSC型，MSC型，TCT型等等。本研究的对象配电网络所具有的特点主要是负电荷性质和电气参数，因而把研究的重点放在TCR，TSC两种类型上。他们的结构特点是：多组的电容器和一组的电抗器并联，从而实现分相控制的功能。

在具体的电容器值得设置上需要根据负电荷来进行，同时在每一组所并联的电容器，它们的大小必须保持相等。在設计中需要注意的两个问题是：每一组的电容器投切所引起的母线电压变化应低于规定电压值的102.5%；另外在电抗容量值得选择上应注意取值稍大于电容器的容量值。

2.2 SVC的基本特性

2.2.1 支路的工作方式

TCR的连接方式采用星型或者三角形，但是考虑到在城市的低压配电网络中由于电网负荷的不平衡，所以一般采用较多的是星型连接，并且在TCR的方式上是单相的。

2.2.2 电压电流的工作曲线

并联的电容容量值在TSC支路上是固定的，依据这个进行计算所发出的容性无功也是固定值。对于电抗器发出的感性无功大小的调节可以利用晶闸管开关触角大小的调节来实现。有一个现象必须注意，那就是SVC电压电流的曲线产生，这其中系统内部的容性无功和感性无功实现抵消，使得在无功有感性到容性的连续调节上没有了障碍。

2.2.3 系统的响应特性

在系统的响应特性中，主要包括两个方面，一个是控制单元的响应时间，还有一个是开关器件的响应时间。

首先对于控制单元响应时间，这个时间从控制信号输入到系统开始，到控制单元发出信号结束，中间经历采样，分析，计算过程。在设计中要求这个响应时间尽量小于15ms。

开关器件的响应时间决定于器件本身的特性，设计中采用ms级别的器件可以有效提高系统的响应特性。

3 无功检测方法

为了确定适合于系统的无功理论，需要对电网基波的电流分量进行检测，无功检测的方法需要到达快速，精确地要求。

无功检测的方法有多种形式，常用的主要有以下几种形式：傅里叶变换，基于Fryze时域分析，自适应闭环，小波变换，瞬时无功功率理。对于这些算法的优缺点，下面进行一下介绍，在设计仿真的实现问题上进行一一比较。

傅里叶变换可以准确地分离出来基波，这样可以增加检测的准确程度，排除其他成分的干扰，但是在设计上对于硬件电路的要求较高，不容易实现。其中最为困难的一点是电网频率会发生波动，而这种难以消除的波动会严重影响检测的精度。

基于Fryze时域分析的检测算法，具有明显的缺点。这个缺点就是延迟时间较长，而这种延迟的时间将会导致响应时间的下降问题。

这些分析都是基于理论上进行的，而在实际的应用上却是另外一种状况。对于SVC系统，对于精度的要求并不是十分严格，最关键是的需要一种简单高效算法，而能够满足的这种方法可以通过dq0实现。

4 谐波对检测算法的影响

在设计算法的设计中谐波是最大的影响因素，我们采用dq0的算法进行无功检测的设计，需要明白谐波和这种算法之间的有着怎样的关系。Dq0算法是通过坐标变换进行实现的，这种变换的对象是瞬时基波正序分量，利用这种变换可以求出瞬时无功电流正序分量，其后对这个分量进行反变换，就可以求出我们所需要的三相补偿无功电流。这是算法的实现过程，但是在实际的实现中，电网电流不可避免的会存在谐波分量，需要求出实际情况中包含的谐波电流有功分量，这个有功分量就是交流分量。

5 结语

本文是在深入分析SVC结构，同时对补偿的原理进行解析的基础上进行的一种新尝试。通过这种设计实现的并联电容器在性能上是要优于感性无功电容器。另外在性价比这一指标上，它要远远强于静止无功发生器和有源电力滤波器。对于城市的低压配电系统，采用这种设计的方法可以兼顾两种功能，在补偿感性无功的同时，补偿少量容性无功。

参考文献：

[1]GB/T20298—2006，静止无功补偿装置（SVC）功能特性[S].

[2]高作毅，罗显通，黄翰.瞬时对称分量法及其在故障暂态测距中的应用[J].电气自动化，2011，3.