静止无功补偿器及其工程应用

1、静止无功补偿器及其工程应用刘世欣1，楼书氢2，燕宝峰1，闫金春31. 内蒙古电力科学研究院高压室 内蒙古 呼和浩特市 0100202.江西吉安供电公司 江西省 吉安市 3430093. 北京太阳宫燃气热电有限公司 北京市 朝阳区 100102摘要：静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）以其能够快速、平滑的调节容性和感性无功功率，实现动态补偿，在电力系统中得到了广泛的应用。本文主要介绍了SVC的主要结构型式，并对其在国内电力系统当中的实际应用进行了介绍和总结，指出了SVC在我国的应用前景。关键词：静止无功补偿器；主要型式；工程应用1引言电压是衡量电能质量的一个重要

2、指标，电力系统在运行过程中，必须保证母线电压稳定在允许范围内，以满足用电设备对使用电压的要求。电压稳定与否主要取决于系统中无功功率的平衡，如果用电负荷的无功需求量波动较大，而电网的无功电源产生的无功功率及其分布不能及时控制和调整，就会导致母线电压超出允许值，负荷的无功功率变化对电网电压的稳定性带来极为不利的影响。工业配电系统中以往较多采用补偿电容器组以达到无功补偿调压和提高功率因数的目的，但是该方法只能进行分级阶梯状调节，并且受机械开关动作的限制，响应速度慢，不能满足对波动频繁的无功负荷进行补偿的要求1。SVC是一种快速调节无功功率的装置，它可以使所需的无功功率作随机调整，从而保持系统电压水平

3、的恒定，并可以有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变，高次谐波，提高功率因数，还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率平衡，使负荷处于稳定、安全、可靠的运行状态。SVC以其能够快速、平滑的调节容性和感性无功功率，实现动态补偿，在电力系统中得到了广泛的应用。2 SVC的主要结构SVC由可控支路和固定（或可变）电容器支路并联而成，主要有4种结构型式2，如图1所示：(a) TCR(b) TSC(c) SR(d) TCT图1 常见的几种SVC基本结构晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor, TCR），用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它

4、具有反应时间快（520ms），运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广、价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而实际应用最广，使用例子最多。晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor, TSC），分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小。在运行时，根据所需补偿电流的大小，决定投入电容的组数。由于电容是分组投切的，所以会在电网中产生冲击电流。为了实现无功电流尽可能的平滑调节，一是增加电容的组数，组数越多，级差就越小，但这又会增加运行成本；二是把握电容器的投切时间，最佳投切时间是晶闸管两端电压为零时，一般TSC

5、都是采取过零投切。自饱和电抗器（Saturated Reactor, SR），由饱和电抗器和串联电容器组成的回路具有稳压的特性，能维持连接母线的电压水平，对冲击性负荷引起的电压波动具有补偿作用，与其并联的滤波电路能吸收谐波并提高功率因数，而且SR还具有有效抑制三相不平衡的能力，当电网三相电压不平衡时，饱和电抗器的三相呈现不同的饱和程度，使三相电压趋于平衡。其优点是补偿快速、可靠、过载能力强、产生谐波小，维护简单，响应速度快，抑制闪变效果好，但运行时电抗器长期处于饱和状态，存在较大的噪声和损耗，原材料消耗也大，补偿不对称负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷能力。晶闸管控制高阻抗变压器（Thy

6、ristor Controlled Transformer, TCT），优点与TCR差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些，由于有油，要求一级防火，只宜于布置在一层平面或户外，容量在30MVar以上时价格较贵，而不能得到广泛采用。3 国内SVC的应用实例3.1在电力系统当中的应用鞍山红一变是东北电网的枢纽变电站，主要肩负为鞍山钢铁公司的供电任务，原有四台主变，总容量为400MVA，无功补偿采用两台总容量为90MVar的调相机，其中一台已经报废，另一台只能发20MVar的无功，面临报废。鞍山钢铁公司的负荷具有大容量、冲击性的特点，而鞍山地区没有大的电源支撑，鞍山红一变的动态无功补偿措

7、施与其枢纽变电站的重要地位极不相称。鞍山红一变SVC国产化示范工程是国家电网公司2002年重点科技示范工程，2003年11月开工，2004年9月正式投运，是继国内输电网引进6套SVC后的第一个国产化SVC项目，真正起到了输电网SVC国产化的示范作用。在红一变3号、4号主变装设SVC后，将成为主要调压手段，它的容量选择主要考虑：在220kV系统电压较低、红一变3号、4号主变所带负荷最重时，可将红一变66kV东母线电压补偿到一个合理的水平，即按66kV考虑需要的最大容性无功功率；在220kV系统电压较高、红一变3号、4号主变所带负荷最轻时，可将红一变66kV东母线电压补偿到一个合理的水平，即按66

8、kV考虑需要的最大感性无功功率；具备一定动态调节容量，抑制波动冲击负荷运行时引起的母线电压变化。要满足以上要求，经过系统分析计算，需要在红一变加装一套动态无功调节范围不少于-50MVar+80MVar的SVC3。为保证SVC方案的正确性，在进行了多次谐波测试，根据统计分析结果，66kV负荷的谐波电流含量主要为3、5、7次，TCR支路的谐波特性也是如此。为满足SVC动态调节范围所需，设置3、5、7次单调谐滤波器各2个，共6个滤波支路，与TCR支路一起挂接在3号、4号主变35kV侧，相同配置的滤波支路可以互为备用，保证了示范工程的可靠性；选择滤波支路参数时，按相同支路只需投入一个即可保证滤波效果和

9、设备安全设计，增强了运行的灵活性。整个示范工程的系统主接线如图2所示。图2 鞍山红一变SVC国产化示范工程SVC代替原有调相机实现对电网的动态无功调节，其经济效益显著，主要表现在：减少了无功功率远距离的输送，降低了网损；与调相机相比，降低了运行维护费用；改善了系统潮流分布；提高了鞍山受电断面的稳定水平；抑制冲击负荷引起的谐波干扰，改善了电能质量。SVC在其它地区的电网当中同样有较为成功的应用，如甘肃电网330kV金昌变电站、瓜州变电站等4、江西赣州220kV金堂变电站5。SVC在降低网损，提高受电断面水平，稳定电压水平，改善电能质量等方面都起到了积极的作用。3.2 在冶金行业及电气化铁道上的应

10、用随着国民经济的快速发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，特别是大型轧钢机、炼钢电弧炉、电气化铁道等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加，对供电系统的干扰也更加突出，甚至影响到电力系统的正常运行。轧钢机，电弧炉对供电系统产生的不利影响主要包括有功功率和无功功率冲击性快速变化引起的电压波动和闪变，负荷非线性导致的电力谐波畸变，以及三相负荷不对称带来的供电系统动态不平衡干扰等6。目前，TCR+FC型SVC已在冶金行业得到了广泛的应用，也取得了显著的效果，已经形成了成熟的技术方案79。电气化铁道的快速发展，牵引供电系统的电能质量问题受到了日益广泛的重视。电气化铁道的电力机车牵引负荷，为波动性很大

11、的大功率单相整流负荷，具有不对称、非线性、波动性和功率大的特点，同时也产生大量谐波和基波负序电流6。牵引供电网的功率因数一般也较低，且负荷随着列车重量、线路坡道、牵引或制动等不同运行条件剧烈变化，引起电压波动和闪变。图3所示为安装在西安铁路分局宝鸡段某牵引变电所的SVC。在仅由固定电容器补偿条件下，功率因数为0.85左右（考核值为0.9），每月都要缴纳低功率因数罚款，加装SVC系统之后，功率因素提高到0.95，除得到当地供电部门奖励外，所需费用投资也在一年多时间内收回，经济效益相当显著。安装在各地铁路部门的SVC总体补偿效果也令人满意10。图3 陕西宝鸡某牵引变电所SVC接线图4结语随着电网互

12、联的发展，为提高电网输电能力和系统稳定性可以因地制宜的采用动态无功补偿技术；同时，随着电力市场的发展，加大动态无功补偿技术的应用可以增加电网电压和无功的调节能力，降低网损和提高电网运行的经济性；此外，采用合适的动态无功补偿技术，可以抑制非线性负荷产生的谐波、负序电流、有功和无功冲击等，提高电能质量。电网的技术改造也需要新型动态无功补偿技术替代调相机。静止无功补偿器以其能够快速、平滑的调节容性和感性无功功率，实现动态补偿，在电力系统中必将得到广泛的应用。参考文献： 1 张一工，肖湘宁. 现代电力电子技术原理与应用M . 北京：科学出版社，20022 翁利民，张广详，舒立平，等. 静止型无功补偿装

13、置的应用J. 供用电，2000，17（5）：29-313 周胜军，姚大伟. 鞍山红一变SVC国产化示范工程介绍J. 电网技术，2008，32（22）：45-494 郑晶晶，王维洲，杨德洲. SVC在甘肃电网的应用研究C.中国电机工程学会年会论文集，2007，广东东莞5 王光，万源，熊建华. SVC装置在江西电网220kV金堂变电站的应用分析J. 华中电力，2008，21（1）：33-356 肖湘宁. 电能质量分析与控制，中国电力出版社，2004，中国 北京7 朱金奇. TCR+FC静止型无功补偿装置(SVC)原理及应用J. 电气工程应用，2006，3：40-428 程耕国，张毅. SVC在舞钢轧钢厂6kV系统中的应用J. 微计算机信息，2006，22(62)：279-2809 任强. SVC补偿