淺談SVC的原理及作用

1、淺談SVC的原理及作用超（特）高壓運(yùn)行檢修公司自貢中心涂洪駿摘要：介紹了靜止補(bǔ)償器（SVC）的工作特性、大體原理、運(yùn)行方式，重點(diǎn)針對(duì)SVC的作用進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：靜止補(bǔ)償器，靜止無(wú)功發(fā)生器和吸收器，無(wú)功補(bǔ)償，SVC1 .引言現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，諸如交流電弧爐、電氣化鐵路、大型軋鋼機(jī)等均屬于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的非線(xiàn)性負(fù)荷。這種負(fù)荷的特點(diǎn)是有功功率與無(wú)功功率隨時(shí)刻作快速轉(zhuǎn)變，由于其非線(xiàn)性和不平衡的用電特性，使供電電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變，引發(fā)電壓的波動(dòng)、閃變和三相不平衡，乃至引發(fā)系統(tǒng)頻率的波動(dòng)，而且向系統(tǒng)注入大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量組成了嚴(yán)峻的要挾。最近幾年進(jìn)展起來(lái)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置（StaticVarC

2、ompensation,以下簡(jiǎn)稱(chēng)SVC）1,是一種快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率的裝置，已成功地應(yīng)用于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上。這種裝置在調(diào)在快速性、功能多樣性、工作靠得住性和投資和運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性等方而都比同步伐相機(jī)有明顯的長(zhǎng)處，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，因此在國(guó)內(nèi)外取得較快的進(jìn)展與實(shí)際應(yīng)用。2 .靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）的分類(lèi)及原理SVC目前普遍應(yīng)用于輸電系統(tǒng)和負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償，按照國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議將SVC分為：1、機(jī)械投切電容器（MSC）型；2、機(jī)械投切電抗器（MSR）型：3、自飽和電抗器型（SR）型；4、晶閘管投切電容器型（TSC）型；5、晶閘管投切電抗器型（TSR）型；6、自換相型（

3、SCC）型：7、晶閘管控制電抗器型（TCR）型。其典型代表是晶閘管控制電抗器+固定電容器（TCR+FC）、晶閘管投切電容器（TSC）,和磁控電抗器+固定電容器（MCR+FC）等。晶閘管控制電抗器TCR+FCTCR通過(guò)調(diào)打晶閘管的觸發(fā)角a,實(shí)現(xiàn)持續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無(wú)功功率。利用TCR回路吸收的感性無(wú)功功率，能夠?qū)o(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使得并聯(lián)濾波器中多余的無(wú)功功率取得平衡，確保補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變,其大體組成如下圖1所示。晶閘管投切電容器TSC一般情形下，依照必然的比例設(shè)計(jì)成多組支路的濾波器，在基波頻率下成容性，分級(jí)改變補(bǔ)償裝置的無(wú)功出力，濾波支路在某次諧波下偏調(diào)諧，兼濾該次諧波。TSC只能分

4、組投切,必需和TCR配合才能進(jìn)行持續(xù)調(diào)節(jié)。TSC的大體電路有3種2,如圖二、圖3和圖4所示,圖2為星形有中線(xiàn)連接，圖3為三角形外部連接，簡(jiǎn)稱(chēng)角外接法，圖4為三角形內(nèi)部連接,簡(jiǎn)稱(chēng)角內(nèi)接法，在這3種電路的基礎(chǔ)上又衍生出很多其他的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比如將每相的一個(gè)晶閘管換成二極管，或?yàn)榱斯?jié)約本錢(qián)去掉某相的晶閘管開(kāi)關(guān)。選用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷實(shí)際情形及技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素綜合考慮。圖2星形有中線(xiàn)連接圖3三角形外部連接圖4三角形內(nèi)部連接磁控電抗器MCR+FCMCR利用直流助磁原理，通過(guò)附加直流勵(lì)磁磁化電抗器鐵芯，通過(guò)調(diào)式磁控電抗器的飽和程度來(lái)改變鐵芯的磁導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)電抗值的持續(xù)、快速調(diào)節(jié);從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功容量的持續(xù)可

5、調(diào)。其大體組成如下圖5所示.圖5 MCR+FC大體組成3 SVC的主要作用有下幾個(gè)方面對(duì)電力系統(tǒng)電壓進(jìn)行有效的控制若是電力系統(tǒng)的短路容量水平或系統(tǒng)中有長(zhǎng)線(xiàn)路（弱系統(tǒng)），電壓將嚴(yán)峻的受到負(fù)荷轉(zhuǎn)變的影響，也受到投切系統(tǒng)元素的嚴(yán)峻影響。負(fù)荷端若是加裝SVC,在SVC額定容量范圍內(nèi)，能夠維持負(fù)荷電壓在設(shè)計(jì)額定限度內(nèi)，平衡電力系統(tǒng)的三相負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)或單相負(fù)荷將使電壓產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)，引發(fā)系統(tǒng)設(shè)備的過(guò)載，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加損耗。加裝SVC能夠起到平衡負(fù)載、平衡電壓的作用，同時(shí)能夠校正系統(tǒng)的功率因素。增加已有和新建輸電系統(tǒng)的有功功率傳輸能力電力系統(tǒng)有功功率傳送容量一般受到系統(tǒng)的運(yùn)行電壓和系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)移電抗的限制。若是

6、在輸電線(xiàn)路上面加裝SVC,由于SVC在連接點(diǎn)支撐電壓的能力從而使輸電容量大大的增加。而對(duì)于電力系統(tǒng)傳輸容量的增加，將SVC加裝在某一適合的位置能夠起到最佳效果，應(yīng)該通過(guò)潮流計(jì)算取得。提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)固極限為了使電力系統(tǒng)維持穩(wěn)固，即即是在保護(hù)切斷故障所引發(fā)大擾動(dòng)以后，系統(tǒng)的功率傳輸仍要維持在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)固極限之內(nèi)，暫態(tài)穩(wěn)固的最大功率水平對(duì)某個(gè)具體系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是暫態(tài)穩(wěn)固極限。當(dāng)系統(tǒng)加裝SVC以后，對(duì)于一樣的傳輸水平，有較大的減速能量用于恢復(fù)轉(zhuǎn)子到穩(wěn)固狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)固極限。增加功率振蕩的阻尼在電力系統(tǒng)中由系統(tǒng)故障、負(fù)荷突降、嚴(yán)峻事故投切等所引發(fā)的大擾動(dòng)相對(duì)較少，而正常負(fù)荷轉(zhuǎn)變和運(yùn)行操作所引發(fā)的

7、小擾動(dòng)要頻繁的多。此類(lèi)擾動(dòng)引起電機(jī)械振蕩，它們通常由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼電路和與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在一路的電力系統(tǒng)穩(wěn)固器所阻尼?？墒菬o(wú)阻尼功率振蕩會(huì)致使持續(xù)電壓和功率搖擺，甚至于發(fā)電機(jī)之間會(huì)失去同步。加裝SVC后，也就是設(shè)置了持續(xù)控制的快速反應(yīng)無(wú)功補(bǔ)償，能夠改良系統(tǒng)的阻尼特性。阻尼次同步諧振用串聯(lián)電容補(bǔ)償長(zhǎng)線(xiàn)路的串聯(lián)電感時(shí)會(huì)產(chǎn)生次同步諧振現(xiàn)象，那個(gè)現(xiàn)象發(fā)生在串聯(lián)電容與線(xiàn)路和電機(jī)等值電感諧振頻率低于工頻時(shí)，在這種諧振的情況，發(fā)電機(jī)軸系的機(jī)械阻尼可能顯現(xiàn)負(fù)阻尼于某個(gè)扭振方式，結(jié)果是扭振蕩自發(fā)的出現(xiàn)并增大振幅，直到發(fā)電機(jī)軸系系統(tǒng)損壞。加裝SVC后能夠改善系統(tǒng)的阻尼特性，從而阻尼次同步振蕩。對(duì)AC-DC換流器和

8、HVDC聯(lián)線(xiàn)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償由于交直流換流器的固有特性，它要消耗有功負(fù)荷60%的無(wú)功功率，而與他們的運(yùn)行方式無(wú)關(guān)，當(dāng)交流或直流發(fā)生大的擾動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)功需求的大量暫態(tài)轉(zhuǎn)變，這依賴(lài)于系統(tǒng)等值電抗和換流器的控制，這種大量的無(wú)功轉(zhuǎn)變使交流系統(tǒng)電壓動(dòng)態(tài)或瞬時(shí)的改變，專(zhuān)門(mén)是當(dāng)交直流系統(tǒng)換流母線(xiàn)的等值阻抗比較大時(shí)。由于SVC自身的高速反映及其無(wú)功產(chǎn)生和吸收能力，表現(xiàn)出一個(gè)控制上述擾動(dòng)的有效方式。SVC能夠降低由于改變換流器需求或投切濾波器組引發(fā)的無(wú)功轉(zhuǎn)變，更好的控制交流電壓：能夠降低由于換流器閉鎖引發(fā)的動(dòng)態(tài)或短時(shí)刻過(guò)電壓；有助于事故后交流系統(tǒng)的快速恢復(fù)。若是SVC快速反應(yīng)與同期調(diào)相機(jī)增加短路故障水平的能力彼此

9、配合，故障后直流輸電的功率能夠更快的恢復(fù)。改善工礦企業(yè)的電能質(zhì)量、提高功率因數(shù)可減少注入系統(tǒng)的諧波電流和母線(xiàn)電壓諧波電壓畸變率，改善電能質(zhì)量；提高用戶(hù)功率因數(shù),減少無(wú)功損耗，增加變壓器帶負(fù)載能力，減少用戶(hù)低功率因數(shù)罰款：抑制電壓波動(dòng)和閃變，改善電能質(zhì)量；平衡三相負(fù)載，抑制負(fù)序，利用戶(hù)和系統(tǒng)負(fù)序保護(hù)不誤動(dòng)。4 .實(shí)踐案例為了減少川渝電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波電流和母線(xiàn)電壓諧波、電壓畸變率，抑制電壓波動(dòng)和閃變，改善川渝電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量，在洪溝500kV變電站加裝了一套量120MWvar的SVC靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置工程。現(xiàn)對(duì)該SYC裝置組成及運(yùn)行方式進(jìn)行說(shuō)明：SVC裝置組成4.1.1 洪溝SVC裝置包括1組容量為

10、120Mvar相控電抗器、1組容量為40Mvar的5次諧波濾波器、5組容量為40Mvar的并聯(lián)電容器組（利用原有設(shè)備）和5組容量為45Mvar的并聯(lián)電抗器（利用原有設(shè)備，最多只能投入3組并聯(lián)電抗器）。SVC裝置接于#1主變低壓側(cè)35kV母線(xiàn)；#2主變建設(shè)后，SVC裝置改接于#2主變低壓側(cè)。4.1.2 TCR支路主要由SF6高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、相控電抗器、晶閘管閥組、氧化鋅避雷器、電流互感器等組成。4.1.3 濾波支路主要由SF6高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、濾波電容器、濾波電抗器、氧化鋅避雷器、電流互感器等組成。4.1.4并聯(lián)電容器補(bǔ)償支路主要由SF6高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、氧

11、化鋅避雷器、電流互感器等組成。4.1.5并聯(lián)電抗器支路主要由SF6高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、并聯(lián)電抗器、電流互感器等組成。SVC調(diào)節(jié)策略的大體原則SVC控制系統(tǒng)的控制策略包括兩部份：穩(wěn)態(tài)無(wú)功電壓控制、暫態(tài)穩(wěn)固和阻尼控制，即常規(guī)的無(wú)功電壓控制（VQC）和TCR控制兩部份。4.2.1 SVC穩(wěn)態(tài)控制規(guī)律穩(wěn)態(tài)下500kV電壓控制環(huán)自由電壓采樣計(jì)算環(huán)行、電壓控制比較環(huán)節(jié)等組成。濾波器自動(dòng)調(diào)節(jié)控制框圖如下所示：穩(wěn)定500kV電壓參考電壓Vref穩(wěn)態(tài)電壓控制框圖框圖上方輸入信號(hào)為500kV母線(xiàn)電壓有效值，與通事后臺(tái)整定的500kV參考電壓值相減，取得電壓差值，通過(guò)對(duì)時(shí)刻窗內(nèi)電壓差值的遞推沖算，取得500kV電

12、壓差值平均值A(chǔ)V,AV與通事后臺(tái)整定的電壓死區(qū)£進(jìn)行比較。自動(dòng)調(diào)節(jié)投切35kV電容器組或電抗器組的判據(jù)： 若大于電壓控制死區(qū)，即AV>£,則投入一組電抗器或切除一組電容器： 若小于電壓控制死區(qū)，即"<-£,則投入一組電抗器或切除一組電容器； 若在電壓控制死區(qū)范圉內(nèi)，即-則不投切電抗器或電容器：投入電容器或切除電抗器的判據(jù)為： 若已投入一組以上的電抗器，則僅切除電抗器，不投入電容器：投入電抗器或切除電容器的判據(jù)為：1）、當(dāng)TCR支路運(yùn)行時(shí) 若已投入2組以上的電容器組，則僅切除電容器（應(yīng)保留1組12%串聯(lián)電抗器的電容器支路），不投入電抗器； 若僅

13、投入1組12舟串聯(lián)電抗器的電容器支路，則僅投入電抗器，不切電容器；2）、當(dāng)TCR支路不運(yùn)行時(shí)若已投入一組以上的電容器，則僅切除電容器，不投入電抗器：改變晶閘管控制電抗器TCR穩(wěn)固感性無(wú)功輸出的判據(jù)為： 若需要投入電抗器或切除電容器，而電抗器支路已投入3組，則增加12Mvar的TCR感性無(wú)功輸出，再也不投入電抗器，但TCR感性無(wú)功輸出最大不能超過(guò)96Mvar： 若需要切除電抗器或投入電容器,而TCR感性無(wú)功出力大于36Mvar,則減小12Mvar的TCR感性無(wú)功輸出，再也不投入電容器，TCR感性無(wú)功出力降到36Mvar就再也不調(diào)整，改成切電抗器或投入電容器；TCR、電容器、電抗器聯(lián)跳判據(jù)： 若最

14、后1組12用串聯(lián)電抗器的電容器故障跳閘，將聯(lián)跳TCR支路：電容器、電抗器投切延時(shí)為10-100分鐘，可后臺(tái)整定，該時(shí)刻即為500kV電壓差值的平均值計(jì)算的時(shí)刻窗長(zhǎng)度。當(dāng)投切一組電容器或電抗器后（無(wú)論該次操作是不是失敗），電樂(lè)差值的平均值A(chǔ)V自動(dòng)清零。4. 2.2SVC動(dòng)態(tài)控制規(guī)律動(dòng)態(tài)下SVC控制框圖如下所示nnSVC動(dòng)態(tài)控制規(guī)律框圖TCR感性 無(wú)功輸出框圖1誤差計(jì)算環(huán)節(jié)；框圖2控制隔直環(huán)生框圖3、4控制相位環(huán)節(jié)：框圖5比例環(huán)節(jié);框圖10暫態(tài)強(qiáng)補(bǔ)環(huán)節(jié)：其中，電壓的誤差量和線(xiàn)路輸送功率的誤差作為控制系統(tǒng)的輸入量。通過(guò)逐級(jí)調(diào)h.晶閘管導(dǎo)通角來(lái)取得相控電抗器0120Mvar光滑感性無(wú)功輸出。SVC運(yùn)行

15、方式4.1.1 SVC裝置調(diào)節(jié).及監(jiān)控系統(tǒng)可按照系統(tǒng)電壓及無(wú)功的轉(zhuǎn)變情形自動(dòng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，也可按照需要進(jìn)行手動(dòng)控制。SVC裝置能夠適應(yīng)電網(wǎng)的各類(lèi)運(yùn)行方式。4.1.2 SVC裝置各支路正常情形下，SVC監(jiān)控及調(diào)行系統(tǒng)自動(dòng)投入和退出SVC各支路的順序：SVC投入順序:i）先投入一組電抗率為12%的電容器組：j）投入TCR：k）投新增5次濾波器：1）投入其它電容器（包括遠(yuǎn)期新增的，順序不作要求）；SVC退出順序：m）切其它原有電容器（對(duì)應(yīng)上述最后一步投入的電容器，順序不作要求）；n）切新增5次濾波器：o）TCR退出：P）切最后一組電抗率為12%的電容器組。并聯(lián)電抗器投退順序：洪溝站中5組并聯(lián)電抗器參

16、數(shù)相同，依照循環(huán)投退的原則操作。4.1.3 SVC裝置允許的運(yùn)行方式及無(wú)功出力見(jiàn)附表1所示。附表LSVC裝置的運(yùn)行方式序號(hào)TCR12席串抗的并聯(lián)電容器5次濾波器5%串抗的并聯(lián)電容器并聯(lián)電抗器無(wú)功出力范圍正常運(yùn)行方式1VJJJJJXXXMvarzMvar2VJJJJXXXXMvarzMvar3VVVJXJJXXXMvarzMvar4VVJJJXXXXXMvarzMvar5VVJJXJXXXXMvarzMvar6VVJJXXXXXXMvarzMvar7VVJXXXXXXXMvarzMvar8VVXXXXXXXXMvarzMvar9VXXXXXXXVMvarzMvar10VVXXXXXXVVMvar

17、zMvar11VXXXXXJMvarzMvar非正常運(yùn)行方式12OVJJJJJ0aaMvar13aVJJJJ0ooMvar140VJJ0JJaaaMvar15a、jnDDaMvar16aJEJannaMvar17ajjBnnnaMvar18azjKnnannaMvar19aDDBDnnnaMvar20azDBCDnnnjMvar21azDnnBanjjMvar22aUDDDnj/Mvar23anDDEBa/、廠(chǎng)V-135Mvar注：（1）符號(hào)說(shuō)明：“J”表示該支路投入；“Q”表示該支路故障、檢修或退出：“X”表示該支路退出：（2）當(dāng)多個(gè)支路以上故障退出時(shí)，應(yīng)參照上表，同時(shí)知足對(duì)各SVC支路投入

18、退出的限制要求。人工單相瞬時(shí)接地短路實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證500kV洪溝變電站120M乏SVC裝置在川渝電網(wǎng)出現(xiàn)大擾動(dòng)狀況下的暫態(tài)調(diào)行性能，2006年11月22日11:07:41,500kV輸電線(xiàn)路二普三線(xiàn)C相進(jìn)行第1次人工單相瞬時(shí)接地短路實(shí)驗(yàn)，500kV母線(xiàn)電壓、TCR支路無(wú)功出力和川渝電網(wǎng)潮流斷面洪陳I、II線(xiàn)路有功功率進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。35kV運(yùn)行方式SVC裝置投入3組并聯(lián)電抗器，1組并聯(lián)濾波器，TCR感性無(wú)功工作點(diǎn)為額定容量的80%,約90m乏，洪陳一、2線(xiàn)線(xiàn)路輸送的有功功率各70mw。洪陳I線(xiàn)電流 TCR向內(nèi)電流 1號(hào)主變50Ok V制電壓 I、 B和、八和C相、B和、A和 C相、B和、A相(1)對(duì)地短路實(shí)驗(yàn)發(fā)生剎時(shí)，洪溝變電站500kV母線(xiàn)C相相電壓跌落至pu,持續(xù)時(shí)刻約40ms,在隨后的20ms內(nèi)逐漸恢復(fù)到短路前水平。A相和B相電壓轉(zhuǎn)變較小。(2)對(duì)地短路實(shí)驗(yàn)發(fā)生后15ms,SVC裝置中TCR支路電流立刻減小到近于零，持續(xù)時(shí)刻約40ms,隨后逐漸恢復(fù)到短路前水平。(3)對(duì)地短路實(shí)驗(yàn)剎時(shí)洪板I和洪板II線(xiàn)路三相電流中A相、C相均激增，持續(xù)時(shí)刻約4060ms,隨后恢復(fù)到短路前水平。(4)對(duì)地短路實(shí)驗(yàn)后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的振蕩現(xiàn)象。驗(yàn)證了SVC裝置對(duì)川渝電網(wǎng)500kV線(xiàn)路大擾動(dòng)的暫態(tài)響應(yīng)行為完全正確，在故障發(fā)生后20ms內(nèi)，SVC將原工作點(diǎn)90Mvar的容性動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)蓄全數(shù)釋放，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)