静止无功补偿装置(SVC)介绍资料【专家资料】

1、静止无功补偿系统-SVC,南京南瑞继保电气有限公司,主要内容,概述 工作原理 SVC技术发展现状 南瑞继保SVC主要构成 南瑞继保SVC主要性能及技术优势 重点应用 SVC工程应用实例及补偿效果 SVC的型号和主要参数,概述,电网存在的问题 部分输电网可能过载而另一部分却未被充分利用； 最大静态稳定传输功率不足，有待进一步提高； 长距离电力传输过程中的过电压应该被有效抑制; 可能出现的次同步振荡（SSR）必须快速阻尼。 来自一些大功率负荷的谐波电流，应该滤除； 某些弱系统，需要大量动态无功来维持其电压稳定； HVDC换流站，为保证可靠稳定工作，也需要补偿一定的无功。,需要增强电压控制能力和加大

2、动态无功储备,概述,电网中的电力负荷情况,热轧机无功功率变化情况示意图,常用的无功补偿措施 适当调节发电机励磁，以调节机组运行功率因数。 在交流系统适当地点（或直流输电弱系统侧）装设同步调相机。 使用带抽头或有载开关的变压器，通过调节电网某些点的电压来调节潮流。 采用串联补偿电容器来改善受端电压，提高电网极限传输能力并增强系统的稳定性。 用开关投切并联电抗器或电容器，以满足系统随时变化的无功功率需求量，达到调相调压的目的。 缺点：响应速度慢、调节性能差、运行维护和管理不便、长年运行损耗过大、自动监控跟踪性能差以及对整个电网的技术效益和经济效益都偏低等等。,概述,概述,SVC（Static Va

3、r Compensator：静止动态无功补偿器） 晶闸管控制电抗器（TCR：Thyristor Controled Reactor） 晶闸管投切电容器（TSC：Thyristor Switched Capacitor） 晶闸管投切电抗器（TSR：Thyristor Switched Reactor） 开关投切电容器/滤波器（FC：Fixed Compensator，BSC：Breaker Switched Capacitor/ Filter） 以上各项组合,目前被最广泛使用的SVC，主要是TCR+BSC（FC）形式。,工作原理,现在常用的SVC装置，主要由FC（固定电容器组或者滤波器组）和TC

4、R（晶闸管控制电抗器）构成。FC部分主要负责向系统提供容性无功功率，并同时滤除流入系统的谐波电流。而TCR则根据系统或者负荷的变化情况，提供一定的感性无功功率，以满足对目标控制的需求。,工作原理,不同触发角度下的TCR电流波形,空心电抗器的电流是由一个可控硅阀组来控制的。借助于对可控硅触发相角的调整，就可以改变流过空心电抗器的电流（基波有效值），从而保证SVC在电网接入点的无功量正好能将该点电压稳定在规定范围内（电网补偿）。或者，使该点的总无功量等于零（对负荷补偿来说），相当于功率因数等于1。,工作原理,工作原理,SVC发展现状,国外SVC现状 在国外，钢铁企业应用SVC装置从20世纪70年代

5、末就已经开始，但是，将FC+TCR型的SVC应用于电力系统，还是最近20年的事情。从技术上看，新型的SVC装置主要以采用大功率晶闸管串联技术、光电触发技术、密闭纯水冷却技术、高电位自取能技术、电网接入技术、智能控制技术、电磁兼容技术等为技术主流。由主要国外公司生产的SVC产品已经遍布世界各地，其中比较典型的生产研制SVC的公司有 瑞典的ABB、德国的SIEMENS、法国的AREVA等。,国外SVC现状,ABB公司SVC产品 ABB公司新一代的SVC控制保护系统基于MACH 2平台。 整个系统结构为基于现场总线的分层分布式结构。 SVC的阀组主回路，采用大功率可控硅光电触发技术、密闭纯水冷却技术

6、，高电位耦合取能技术、过电压转折保护技术等先进技术，明显提高了一次回路的运行效率和可靠性。,SIEMENS公司SVC产品 该系统也采用分层分布式结构。 在阀组主回路方面，Siemens公司倾向于采用直接光触发可控硅（LTT），但是仍然采用了散热效率高的密闭纯水冷却技术。其总体运行效率和可靠性也相当高，不过，相比之下，其总体售价要比ABB的同类产品高很多。,国外SVC现状,国外主流SVC产品特点 分层分布式控制保护系统 密闭纯水冷却方式 光电触发或直接光触发方式 采用过电压转折保护技术（取代了BOD保护） 上述技术的采用使得新一代SVC系统的总体运行效率和可靠性得到大大提高，补偿效果十分理想。,

7、SVC发展现状,国内SVC现状 TCR型SVC主要生产厂家：南瑞继保、中国电科院、鞍山荣信、辽宁立德、西电科技等。 这些厂家提供的TCR型SVC设备总体说来动态响应效果比其它形式的SVC（如TSC-可控硅投切电容器、TSR-可控硅投切电抗器以及MCR）要好的多，基本能够实现动态无功补偿。,SVC发展现状,国内主要SVC制造公司的产品性能比较,SVC发展现状,国内主要SVC制造公司的产品性能比较,SVC发展现状,国内主要SVC制造公司的产品性能比较,SVC发展现状,光电触发和电磁触发比较,SVC发展现状,阀组冷却方式及比较 风冷，因为依赖空气的流动来散热，装置简单，价格便宜。其冷却效果作用于散热

8、器表面，对于热源热密度很大的情况，散热能力很差。国内外小容量阀组中，利用铜或铝做散热器的风冷方式，还是能够经常看到的。 人们曾经尝试使用各种金属来迅速散发热源的热量，但是都不理想。1963年，美国加州大学的洛斯-阿洛莫斯国家实验室发明了热管。1967年热管成功用于卫星表面热平衡，随后，热管在许多领域被应用。理想的热管，传热效率甚至比铜（传热系数380W/mK）高1000倍。但是，实际工程中，尤其是在大容量的TCR阀组中，其应用受到较大的限制。另外，因为实际使用条件的限制和污染、腐蚀等因素，发达国家设备供应商都避免在TCR阀组中使用热管。,SVC发展现状,阀组冷却方式及比较 水冷却方式：在高压阀

9、组应用中，使用密闭纯水冷却方式是目前TCR阀组的最常使用方式。 水是安全环保的理想导热物质，不会对环境造成污染，保证人员健康； 因为水的比热容很大，传热效率高，使得用水冷却的TCR阀组紧凑，体积很小，节约了大量材料和占地； 因为水传热效率高，可以充分利用晶闸管的容量，有效减少晶闸管串联个数，降低损耗和提高可靠性；更好的控制晶闸管结温，保证晶闸管的使用寿命。 水冷却方式避免了风冷方式直接对阀体冷却带来的积尘和寿命的降低及故障率的升高。 水冷系统有非常高的可靠性，即使传输容量达6400-7200MW的特高压直流输电的阀体，都采用了水冷却方式。,南瑞继保SVC主要构成,线性（空心）电抗器 这部分是S

10、VC中吸收无功或调节无功的主体。通常要求它有良好的线性特性和稳定性，所以，电抗器是空心的，且周围不能有距离太近的较大金属物体。电抗器一般为干式结构，冷却方式也常常是自然冷却。 在实际的接线中，空心电抗器总是与TCR阀组串联后接成三角形，然后并入电网。,南瑞继保SVC主要构成,可控硅阀组 这是SVC的无功控制主体。阀体由一定数量的可控硅及其附属器件组成，主回路通常接成反并联串。阀组的冷却方式为水冷却，其触发方式为光电触发。,南瑞继保SVC主要构成,紧凑型高可靠阀组 南瑞继保的阀体采用立式悬浮硅堆结构，这种简洁开放的硅堆布局，是电力电子领域压装硅堆的领先技术。 采用立式压装技术阀体体积（单相，长宽

11、高）： 10KV：7507501500mm，200 kg 35KV：8508502600mm，380kg 节省占地，布置方便，节省基建费用，体积小，重量轻，整体运输，安装快捷，结构简洁，可靠性高，方便维护。,先进的光电触发方式 触发系统结构简单，体积小，重量轻 TCU直接从一次回路取能，通过光缆控制 TCU集成有晶闸管的过电压保护功能 TCU模块在密闭金属盒内，安装于散热器的翼板上,晶闸管过电压保护 传统方法采用的是BOD（Break Over Diode）元件来完成的。现在晶闸管一般耐压很高，所需要的BOD元件自身尺寸较大，另外，其动作电压的偏差也随着BOD元件串联数量的增加而加大。 TCU

12、采用特殊功能电子电路，实现了晶闸管过电压保护，体积小，定值稳定，转折电压值偏差小 屏蔽盒的尺寸为140毫米长X 70毫米宽 X 26毫米高,专利技术的冷却系统 南瑞继保的SVC阀组系统采用了自带去离子功能的工业级密闭式纯水冷却方式。这种冷却方式由于其高可靠性，广泛用于机车、航空航天、百万千瓦发电机组、高压、特高压直流输电等领域。 并联水路设计 专利技术散热器 水道直冷均压电阻 高可靠性水管和接头,35KV阀组,出水管,进水管,光纤槽,可控硅,10KV阀组,固定电容器组或滤波器组 向系统提供足够的容性无功，并滤除电网的有害谐波是该部件的主要任务。这部分通常又以滤波电容器（或并联电容器）为主，而滤

13、波电抗器和滤波电阻等则是其附属部件。这是SVC中的固定（也可能分级投切）容性无功部分。 在实际的工程当中，这个FC部分往往被分成若干个单元组，这些组由机械开关或另一类可控硅阀组按照实际的电网需求进行投切操作。,南瑞继保SVC主要构成,南瑞继保SVC主要构成,南瑞继保SVC主要构成,阀组冷却水处理系统 SVC中的可控硅阀组，工作在较高的电位上。对阀组的冷却可以采用去离子水（纯水）来进行。水处理系统，通过一台水泵和阳离子交换树脂保证送入可控硅阀组的纯水循环并保持较高的水质。 水处理系统的外冷却，主要靠普通循环工业水来进行。也有靠风冷却装置来做外冷却的。,启动方式： 就地启动 后台监控系统启动,南瑞

14、继保SVC主要构成,SVC二次控制及保护系统 主要实现： 对TCR控制，即将根据SVC的实际工况，向阀组发出控制触发脉冲，在适当的位置（相位）触发可控硅（相控）。 检测阀组的工况并及时准确的记录并显示出来。对于一些特殊的情况或故障，及时地报警或发出跳闸指令。 完成TCR及FC等设备的投入或退出。在实际的工程中，对SVC正常投切顺序及组合有严格的步骤要求。同时，故障退出也应按照一定的步骤来进行。 完成对SVC各部分的保护。 提供友好的人机界面，以方便用户的操作及维护。,运行中的控制保护柜,I/O单元,控制保护主机,阀控单元,主要性能及特点,专业的系统设计能力 近300人的专业齐全的研发团队 专业

15、测量设备 RTDS实时数字仿真系统 动模仿真系统 拥有PSCAD、BPA等仿真软件 能够在设计SVC系统时，根据电网电压、系统稳定性、有功分配、无功平衡、限制谐波等因素确定最优系统的容量、构成型式、控制策略等，能够在产品真正运行前运用以上工具验证产品运行效果，确保最终产品满足用户要求，并具有最好性价。,优化的系统设计,优化的滤波器设计，可以保证在大量滤除谐波并提供基频无功的同时，其动态的有功损耗达到最小。通常的有功损耗可以做到所提供相当无功容量的5以下。 进行静止无功补偿装置对系统电能质量影响的分析。针对具体工程设计的SVC，可以保证接入点流进系统的谐波电流满足相应的国标GB/T14549-1

16、993。避免滤波装置与系统发生谐振。 确定最优化的调节方式。根据不同安装点的具体情况，对电力系统进行分析，以确定电压/无功调节的最优方式。,控制保护系统主要特点 快速的系统响应时间（实测开环响应时间最快小于7ms） 控制角精度高（0.01），控制范围大（102-165）； 高性能分散、分布式控制保护系统，最快中断时间25us； 控制保护系统所有环节可采用冗余设计 设备信息集成，接入用户监控系统灵活方便，信息丰富； 内置的完善故障录波功能， IEEE的COMTRADE格式，便于获得与分析； 集成设计的谐波监视系统； 系统设计模块化，系统升级向后兼容，备品备件有长久保证； 整体升级不用更换屏柜和二

17、次电缆。,主要性能及特点,主要性能及特点,高性能控制保护系统 南瑞继保的SVC控制保护系统采用公司统一的UAPC平台。该平台也用于公司的特高压、高压直流控制保护系统、FACTS（灵活交流输电）控制保护系统，数字化变电站控制保护系统等。该平台是高性能分散、分布式系统，拥有友好的人机环境，方便进行功能扩展。,主要性能及特点,高性能控制保护系统 南瑞继保的SVC控制保护系统典型配置见下图。非冗余配置共2面屏柜，第1面控制屏，第2面保护屏（包括与远方系统的通讯管理设备）。冗余配置增加1面控制屏即可。,SVC控制柜功能主要包括： 顺序控制和联锁功能 TCR 控制和监视功能 滤波器和电容器组的控制和监视功

18、能 暂态故障录波功能 系统自检和监视功能等 TCR电抗器的保护,控制保护系统主要性能及特点,SVC保护柜 实现对SVC整个系统的保护。主要有母线保护、TCR电抗器保护、滤波器保护、电容器组保护等。保护按对象配置，即每个保护装置对应其所保护的设备。它们为独立的微机装置，TCR电抗器保护、滤波器、电容器保护可以安装在开关柜上，也可以组屏设计。母线保护采用南瑞继保的RCS-915系列，TCR电抗器保护采用南瑞继保的RCS9611系列，滤波器电容器保护采用南瑞继保的RCS963X系列，这些产品均有在全国数千个变电站运行的丰富经验。,控制保护系统主要性能及特点,SVC运行人员操作系统 由不同的操作界面组

19、成： 主界面； TCR监视； 阀监视； 控制界面； 站网结构； 水冷系统； 事件列表； 谐波监视等；,控制保护系统主要性能及特点,运行人员监视控制主回路界面,TCR回路监视界面,晶闸管阀组运行工况监视界面,控制方式选择及参数设置界面,手动触发录波及主机监视界面,水冷系统监控界面,事件及告警,谐波监视界面,SVC因其能提供连续变化的无功功率，响应快具有较好的动态电压支撑功能，其变化范围可以从感性一直到容性。对于一些特殊的应用场合，其响应时间可以小到7ms。因此，它在包括电网、风电场、工矿企业等许多领域都获得了广泛地应用。,重点应用,输电网应用 在长距离交流输电时，由于受到佛朗梯效应的影响，线路中

20、间的电压会明显升高。同时，从系统稳定性考虑，输送的能量也会受到限制。所以，为了减少电压升高，并最大限度地提高线路输送能量，往往要考虑在输电线路的中点，或中间数点安装SVC。 另外，在直流输电换流阀的交流侧，如果系统相对较弱的话，将会有较多的无功需求。过去，为了满足这样的需求，都是要安装调相机。这样做既不经济，维护也相当麻烦。而装设了适当的SVC之后，也完全可以满足要求，而且响应更迅速，维护更方便。,重点应用,风力发电厂应用 对于在大电网末端的弱系统，象偏远的风力发电场等，由于系统无法提供大量的无功功率，或者因为提供大量无功功率会造成严重地电压降落和线路损耗。同时由于风能的不稳定，也会造成输出电

21、压的不稳定。因此，最经济最理想的解决方案，就是在接入点安装SVC。它不仅能够很好地将接入点的电压稳定在要求的范围内，还可以最大限度地避免电网故障对弱系统造成的不良冲击。SVC的接入，也使得弱系统能够更充分地发挥出自身的供电效能。,重点应用,工业用户负荷应用一 化工厂的电解电源或者钢厂的轧机，都因为容量较大，且使用了电力电子整流器，使得其工作时需要大量的无功。虽然在电源方面采用了多重化和裂相技术，其工作时产生的谐波还是不能忽视。同时，在电解的初期和轧机的咬钢期，都会出现较明显的无功波动，这种无功波动会直接导致系统电压的波动。而这种电压波动，除了对周围用电设备造成影响以外，对其本身的工作质量也会造

22、成不良影响。安装SVC之后，就可以很好地解决上述问题。,重点应用,工业用户负荷应用二 使用交流电弧炉炼钢，会对电网产生较大的冲击。由于电炉变的铁磁特性，许多谐波电流注入电网，同时，由于炼钢初期工作的不对称，负序电流也明显出现。大量的无功需求和变化，造成了电压的波动和闪变。这种工作电压的波动和明显降低，也使电弧炉本身的炼钢效率大大降低。在目前的所有工业负荷中，电弧炉可能是对电网质量影响最大的。借助SVC，谐波被大部分滤除掉，电压波动被限制在规定的范围之内，电压闪变也几乎消失。,重点应用,工业用户负荷应用三 在大型木材加工厂、众多焊接操作的场合、工业研磨机运行、采矿及矿石提升、海港起重机等方面，使

23、用SVC后，电能质量不仅得到改善，还会降低系统无功损耗，使工作效率得到大大提高。,重点应用,SVC工程应用实例及补偿效果,工业负荷侧应用 浙江某钢厂（电弧炉应用）工程概况:在SVC系统投入前，该钢厂25吨电弧炉生产线在运行过程中，无功功率波动范围非常大（014M）, 35KV母线电压闪变严重,功率因数偏低,谐波电流偏大,造成电能质量严重下降,影响到周围的用电设备和用户。随着我公司35KV，15Mvar的SVC系统的成功投运，电能质量得到了非常令人满意的治理效果,功率因数稳稳控制在0.99以上,并不会出现过补;电压闪变和谐波被治理到优于国标的要求范围。,SVC工程应用实例及补偿效果,本工程项目中

24、，SVC系统直接接至35kV母线。2、3次滤波器并接于一个开关，4、5次滤波器并接于一个开关，系统一次接线如下图:,工业负荷侧(电弧炉)应用,SVC投入前后系统无功波动情况,工业负荷侧(电弧炉)应用,工业负荷侧(电弧炉)应用,工业负荷侧(电弧炉)应用,工业负荷侧(电弧炉)应用,SVC系统实物图(一),工业负荷侧(电弧炉)应用,SVC系统实物图(二)控制系统,工业负荷侧(电弧炉)应用,SVC系统实物图(三)35KV阀组,工业负荷侧(电弧炉)应用,SVC系统实物图(四)滤波器组,用户评审结论,SVC工程应用实例及补偿效果,电网应用 深圳某变电站SVC工程概况: 深圳象山变电站，位于深圳市西北的宝安

25、区，属公明站管辖。 220kV象山站的1号变压器低压侧有一段10KV IM，向周边的一些大型企业供电。该段母线上有6组补偿电容器组，这些电容器组的投切靠调度运行人员根据该母线电压的波动情况进行手动投切。 由于负载变化范围大，每日电容器组投切次数较多。频繁投切对电容器运行非常不利，经常造成电容器损坏；并且母线电压波动范围大，从10.010.7 KV范围内波动，大大超过国标GB12326-2000的要求。 过去曾经考虑装设VQC来解决问题，但是，因技术的局限性，结果不尽人意。,SVC投入前系统电压波动情况如下图,电网应用,电网应用,电网应用,SVC投入前象山站1M电压日波动曲线,电网应用,安装SV

26、C稳定供电电压的好处 提高系统的静稳定、动稳定和暂态稳定储备 过低的电压通常是重负荷或供电容量短缺造成的，低电压供电会使负荷运行性能变坏，对于感应电机负荷，这种情况尤其明显。 过高的供电电压可能导致变压器激磁饱和，增加损耗。同时，对设备绝缘也极为不利。 对于雷击等异常原因引起的暂态过电压，SVC具有瞬时吸收无功、抑制该类暂态过电压的功能。 经系统仿真验证,在该站1M上安装10KV,17Mvar的SVC。,电网应用,SVC安装后的效果 随着SVC系统的投运，相应母线的每日电压波动由以前人为控制的7%降低为现在的2%，且不再需要运行人员人工干预操作。 安装SVC后，系统母线电压抗扰动能力大大增强，系统供电电压质量大大提高； 根据GB12326-2000 电压波动和闪变的规定，考虑电站电压的波动频度为每小时大于10次和小于100次。则电压波动幅度应限制在2%以内。安装SVC后，完全能够满足该标准的要求。 SVC的投入，使得供电电压在稳定性和精度提高的同时，尽可能地减少了电容器组的投切次数