SVC无功补偿方案研究*

曹晓丽 熊少义

1. 郑州西亚斯学院 河南 郑州 451100；2. 天津合纵电力设备有限公司 天津 300000

前言

随着国民经济的快速成长和科学技术的不断革新，电网系统的建设不停地更上一层楼，在没有对电网进行一些改变措施的时候，普通居民用户的功率因数一般在0.6以上0.8以下，因此从功率因数的数据上来看的话，配电网的无功功率的损耗是比较大的，从而不利于对电网容量利用率的提高。

功率因数低下主要是由于在实践中感性负载的存在，使得无功功率增加。若果负载的无功部分从发电机来供给的话，再通过长距离的传输，势必存在中间线路的损耗或者无端产生一些干扰[1]。为了保证电气设备运行的效率和降低费用（对无功功率电力部门也按计量收费），应该采取无功功率补偿的办法，因此，无功补偿的研究意义重大。在需要更精准更快速的补偿需求下，静止同步补偿器SVC是采用的开关器件与直流侧电源或电容共同完成了对无功电流的控制[2]。

1 静止同步补偿器SVC

静止同步补偿器SVC被称为“静止的调相机”，是现代柔性交流输电系统（FACTS）的核心组成部分。典型的静止无功补偿装置是使用固定电容器加晶闸管控制电抗（FC和TCR），使其具有吸收和发出无功电流的能力，提高系统功率因数，稳定电压源电压。SVC的结构有很多，但基本元件是晶闸管控制的电抗器和晶闸管投切的电容器[3]。其分类如图1。

图1 SVC的基本结构

1.1 TCR型SVC

TCR支路由电抗器和两个反向并联的晶闸管串联构成，TSC支路由电容器和两个反向并联的晶闸管串联构成，其控制元件均为晶闸管。TCR支路的等值基波电抗是晶闸管导通角β或触发角α的函数。通过调整β或α可以平滑地调整并联在系统的等值电抗。TCR包括四个主要组成部分：高阻抗变压器（或降压变压器）、电容器组（兼作滤波器）、晶闸管阀和调节器[4]。

优点主要有：①可以进行连续感性和容性无功调节：单独的TCR由于只能吸收感性无功功率，与并联电容器配合使用，可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。②能进行分相调节：降压变压器二次绕组连接成“开口星型”[5]，中点分开，这是要使每相负载与另外两相独立，从而正序和负序的幅值可以单独控制、分相调节，可以平衡不平衡负载。③吸收谐波能力好：并联电抗器串上小调谐电抗器还可兼作滤波器，能很好地吸收TCR产生的谐波电流。④噪声较小。⑤损耗相对较小。⑥控制灵活性好⑦动态响应时间较快（约l0ms），是能够胜任多类负荷的动态无功补偿。

缺点主要有：①自身有谐波含量产生：TCR型SVC产生的谐波主要是奇次谐波，产生的谐波电流会使系统电压产生畸变，从而对系统及设备产生一系列的危害，因此利用TCR和改善功率因数用的电容器兼作滤波器，但这种滤波器体积大，占地多，价格贵。②不可直接接于超高压③运行维护复杂：由于组成部分较多而且较为复杂，TCR本身的反并联晶闸管、多组FC，这些虽然使得控制灵活，但也让运行维护更复杂。

由于TCR型SVC具有反应时间快，无级补偿，运行可靠，能分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格较便宜等优点，实际应用最广，在控制电弧炉负荷产生的闪烁时，几乎都采用这种形式。

1.2 TSC型SVC

TSC型SVC由降压变压器、电容器组、晶闸管阀和调节器构成。工作原理是通过检测到反并联的晶闸管阀两端的电压，在过零时控制晶闸管导通将电容器投入。

主要优点有：①快速响应性、可频繁动作性以及分相调节，有效地抑制电压波动问题。②自身不产生谐波分量：由于电容器组是由晶闸管阀在其电压过零时投切的，电容器只是在两个极端电流值（零电流和额定正弦电流）之间切换，所以不会产生谐波。③噪声小。④损耗很小。⑤控制灵活性好。⑥用于调压，调无功，减低电压波动。⑦快速深度无功补偿：这使得TSC可有效地用于防止电压崩溃——在系统故障和负荷电流急剧增加时，使用SVC装置快速补偿无功功率，对系统电压起支撑作用，可显著地抑制电压崩溃趋势。

主要缺点有：①动态响应时间较长。②无功输出只能是级差的容性无功：每次只能投切一组电容器，实现级差无功补偿。③限制过电压的能力。④无谐波吸收能力：由于本身没有设置滤波器组，所有没有谐波吸收能力。⑤不可直接接于超高压。⑥运行维护较复杂：由于采用多组反并联晶闸管串联的形式，使得晶闸管的散热、导通的同时性、损坏的检测以及维护等都带来了一定的难度。

2 TSC+TCR的控制与实施

TSC只调节电容器，可补偿系统所需的无功功率。如果级数分得足够细，基本可实现无级调节。但由于每级均需晶闸管阀，从性价比看的话不宜分得太细。TSC的每个分级之间的无功功率可通过TCR来连续调节，所以TSC装置一般与电感并联，即组成TSC+TCR补偿器。

SVC的模型主电路如图2：

图2 SVC模型主电路

SVC的TCR触发角信号输入AORD和TSC的电容投切信号csw由SVC控制电路产生，而当前投切的电容器组数信号CAPSON由SVC元件输出至SVC控制电路。封锁解封信号KB控制SVC在仿真后0.4s投入，该信号也将同时送至SVC控制电路。

图3所示为SVC输出无功指令的计算电路。

图3 SVC无功指令计算电路

原模型中根据测得的SVC输出无功功率Qsvc的标值计算代表线路压降的标值（0.031svc），但实际测量得到的就是PCC点电压，故本仿真中将0.03改为0，如图3中所示。即直接对PCC点电压有效值进行滤波处理。用电压参考值Vref减去实际测得的电压后，通过PI校正环节，得到SVC输出无功的指令BSVS。

仿真PSCAD中是通过分段线性化上式的方法来得到触发角，还需要注意的是上式中的a是从电压峰值至TCR晶闸管触发时刻的角度，而PSCAD模型中以电压过零点为计算触发角的起始点，因此需要将计算出的角度加上90°。

当BTCR从-1.0到1.5变化时分段线性化的触发角如图4所示。

图4 分段线性化的触发角相对电纳参考值的曲线

3 结束语

TCR型SVC因其具有快速响应性、可频繁动作性以及分相补偿能力，可应用于对大型冲击性、快速周期波动变化、不平衡、非线性负荷（如电气化铁路、电弧炉、轧钢机、矿井卷扬机、风力发电站、大功率变频调速装置等）的动态无功补偿领域，可有效地抑制这些负荷所引起的电压波动问题，故是低压动态补偿的首选方式。对高压大容量需要大范围调节无功或电压的情况，也是好的选择。与TCR联用往往可以解决更多问题。