【原】SVC静止无功补偿原理解析（二）

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一、静止无功补偿简述

静止无功补偿器（SVC）于20世纪70年代兴起，现在已经发展成为很成熟的FACTS装置，其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电压和无功补偿），在大功率电网中，SVC被用于电压控制或用于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。

静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。它不再采用大容量的电容器，电感器来产生所需无功功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃，特别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿静止无功补偿器是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸收无功功率（感性的）。通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进行），并且响应快速。

二、SVC的组成部分

1.固定电容器和固定电抗器组成的一个无功补偿加滤波支路，该部分适当选择电抗器和电容器容量，可滤除电网谐波，并补偿容性无功，将电网补偿到容性状态。

2.固定电抗器

3.可控硅电子开关

可控硅用来调节电抗器导通角，改变感性无功输出来抵补偿滤波支路容性无功，并保持在感性较高功率因数。

三、(SVC)静止无功补偿装置的用途

静止无功补偿器（SVC）是一种由电容器和各种类型的电抗器组成的无功补偿装置，用电子开关来实现无功功率的快速平滑控制。SVC的应用可以分为2个方面：系统补偿和负荷补偿。

当作为系统补偿时，他的作用主要有：维持输电线路上节点的电压，减小线路上因为功率流动变化造成的电压波动，并提高输电线路有功功率的传输容量和电网的静态稳定性；在网络故障情况下，快速稳定电压，维持线路输电能力，提高电网的暂态稳定性；增加系统的阻尼，抑制电网的功率振荡；在输电线路末端进行无功功率补偿和电压支持，提高电压稳定性等等。

当作为负荷补偿时，SVC的作用有：抑制负荷变化造成的电压波动和闪变；补偿负荷所需要的无功电流，改善功率因数，优化电网的能量流动；补偿有功和无功负荷的不平衡。

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　　基于以上作用，SVC除了应用于互联电网的高压输电线路外，还广泛地应用于高压直流输电（HVDC）换流站的无功补偿和抑制电弧炉等大型冲击负荷造成的闪变和电压波动。因此，研制和开发容量大、响应速度快、调节灵活、经济性好、维护方便的SVC对电力系统的发展具有重要意义。

四、静止无功补偿分类

4.1晶闸管控制电抗器（简称TCR型）

工作原理：在实际应用中，一般由TCR+FC组成，FC滤波器用于提供容性无功功率补偿及谐波滤波。TCR通过控制与电抗器串联的双向晶闸管的导通角，以便控制流经电抗器的电流波形，从而等效实现一个连续可调的电抗器，从而可以产生可变的感性/容性无功功率。

4.2晶闸管投切电容器（简称TSC型）

工作原理：TSC是通过晶闸管的导通和关断控制电容器的投切，从而达到改变向系统发出无功功率的大小。使用串联电抗器的目的是限制操作暂态过电压，抑制晶闸管导通时的涌流。

4.3TSC理想投切时刻原理说明

由于电容上电压不能突变，只能在电容电压与系统电压相等时进行投切，所以控制是整周期的，而不能象TCR那样通过改变晶闸管开通时刻进行连续调节，也即只能实现分段调节。实际应用的TSC均是通过控制电容器的导通数量来调节电纳的，也就是改变电容器的无功补偿量。为了补偿急剧变化的无功负荷，需要把电容器分成若干组，每组导通控制由控制晶闸管开关来实现。随着负荷无功的变化，相应地投入或切除一部分电容器组，从而使无功负荷能得到多级阶梯式补偿。TSC由于通过电容的电流为整周期的正弦电流，所以不产生高次谐波这是其一个明显优点。

4.4磁控式电抗器（简称MCR型）

电抗器由一个四柱铁心和绕组组成，中间两个铁心柱为工作铁心，Nk为控制绕组，N为工作绕组。可控硅接于控制绕组上，其电压很低，约为系统额定电压的1%～5%左右，因此可靠性很高。当工作绕组两端接上交流电压时，控制绕组上就会感应出相应的电压，以Nk的匝数为N的1%计，可控硅T1和T2上的电压仅为工作电压的1%，在电压的正半周T1导通，在电压的负半周T2导通，通过控制T1、T2的导通角可以控制ik1和ik2的大小，从而控制直流激磁，进而控制工作铁心的饱和度，导通角越小，ik1和ik2越大，铁心饱和度越高，电抗器的容量越大。因此，只要控制T1和T2的导通角大小，就可以平滑的调节电抗器的容量。

磁饱和式可控电抗器的调节特性。可控硅触发角α的工作范围为0˚～180˚，当α＝0˚时，晶闸管T1、T2轮流导通近180˚，这时的激磁电流最大，磁路最饱和，故磁路磁阻最大，电抗器容量最大；随着α的增大，晶闸管T1、T2的导通时间，激磁电流、电抗器容量都将减小，磁路饱和度降低；当α＝180˚时，晶闸管T1、T2截止，激磁电流为零，这时可控电抗器相当于一台空载运行的变压器，电抗器的容量亦最小。

五、SVC的运行原理

静止无功补偿装置是由晶闸管控制的电抗器（TCR）和晶闸管投切的电容器（TSC）所构成的混合型SVC。

　TCR+TSC型SVC的拓扑结构

TCR＋TSC型SVC主要由TCR、TSC、降压变压器、滤波器组和控制系统组成。其基本功能是控制系统根据指定的控制策略,通过触发晶闸管阀适当地投切电容器组，并控制电抗器的电流，调节补偿器输出的无功功率，来控制补偿器与电网连接点的电压。

在实际的应用中，SVC的电压电流特性并不设计成理想的水平线，而是有一定的倾斜。这样做，一方面可以增大补偿器的运行范围，因为在补偿器输出容性无功时，连接点电压可以比无载（输出的无功功率为零，常将这一点的电压设为参考电压U0时低，而在补偿器输出感性无功时，连接点电压可以高一

　SVC的电压电流特性

些，对SVC的容量要求可以小一些，兼顾了补偿器的容量和电压水平恒定的要求；另一方面，由于呈现正电阻特性，改善了并联的静止补偿器之间或与其他发电机等电压控制设备之间的电流分配。
　　作为一个完整的设备，除了主电路和控制系统以外，SVC还要具有监测、水冷、保护等子系统才能正常运行。这些都是样机的设计开发中不可或缺的有机组成部分。

5.1晶闸管的保护与触发电路

晶闸管阀是主电路中最重要的部分，在SVC中采用的是反并联晶闸管对串联的结构。由于电力电子器件的价格昂贵，而且工作时频繁地承受着高电压、大电流的冲击，所以很容易损坏。因此，对晶闸管的保护十分重要。在样机所使用的晶闸管串上，配备了RC缓冲吸收电路、BOD（转折二极管）以及均压电阻对其加以保护。
　　由于电压等级较高，需要多个晶闸管串联使用，因此采取必要的措施保证器件同时导通是正常工作的关键。

晶闸管触发电路及信号反馈

5.2TCR与TSC

TSC由多个电容器组并联组成，用反并联的晶闸管阀作为投切开关，响应迅速，可靠性高。在实际系统中，每个电容器组要串联一个限流电抗器，以降低晶闸管导通使电容器接入系统时可能产生的电流冲击，以及避免与系统阻抗产生谐振现象。由于TSC只有投入和切除2种状态，所以不会产生谐波，但是无功功率的补偿是以单组电容器的容量为单位跳跃的，此时就需要通过调节TCR的输出来平滑无功功率的改变。

TCR是通过反并联的晶闸管对和电抗器串连，在电压的每个正的或负的半周中，从电压峰值到电压过零点的间隔内触发晶闸管，承受正向电压的晶闸管导通，电抗器进入工作状态。通过改变投入时刻的相位来控制电抗器电流有效值的大小，从而改变吸收的无功功率，一般容量的选择要比TSC中的单组电容器的容量稍大方能满足连续改变无功功率的要求。TCR的工作是会引起谐波电流的，因此需要安装滤波器来尽量减少SVC对系统的谐波电流注入。
5.3滤波器设计

通常的滤波方法是配置无源滤波器，既可以滤除谐波，又可以补偿一定容量的无功。

对装设于电力系统中的SVC装置而言，系统谐波含量相对较少而且比较稳定，主要谐波源就是SVC装置本身，因此设计起来相对简单，一般只需要装设5次以上的单调谐滤波器即可，必要时装设高通滤波器。但对于补偿冲击性负荷的SVC装置，在设计滤波器时，不仅要考虑装置本身产生的谐波，还需考虑负荷侧产生的大量非特征谐波和偶次谐波，关键是要具有充足的设计经验，才能使得滤波器设计的性价比最高。顺便说明，滤波器在实际工作中并不是处于真正的谐振状态。为防止谐波电流过大，考虑到系统一般呈感性，通常将滤波器设计成感性偏调谐，这样也避免了与系统发生谐振的可能。

总结：SVC无功补偿的三种型式比较分析

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