静止无功补偿装置在电网中的应用

1、静止无功补偿装置（SVC）在电网中的应用赣州供电公司黄东南摘要：合理的无功补偿对输配电系统非常重要，SVC装置在江西电网中的首次应用表明SVC在 调相、调压、提高输电容量、改善静态和动态稳定性、抑制振荡等方面起到良好作用，在电力 及工业企业中SVC装置可以改善电能质量（谐波、电压波动和闪变、三相不平衡），提高产品 质量和数量，有利于节能增效。为进一步推广装置应用，提高其运行管理水平，应加快SVC装 置的设计、制造、试验和检验诸方面系列的行业标准制订。关键词：电力系统电能质量静止无功补偿装置（SVC） TCR+FC标准国民经济各个部门大量使用了各种电力整流、换流、交流调速、轧机、电弧炉、电力机车

2、 等非线性或具有时变特性负荷的设备，致使电力系统中的暂态和冲击特性无功负荷增加，严重 影响电网电压质量，也对用电设备的安全、经济运行带来了严重危害。为了稳定电压、改善功率因数以降低能耗，必须对具有时变冲击性的无功负荷进行动态无 功补偿。采用无触点品闸管开关的SVC装置，能自动跟踪电网无功的变化波动进行动态补偿， 实现无功功率的连续调节。具有响应速度快、工作可靠的特点，是电网中提高功率因数和维持 电压稳定的理想无功补偿装置。针对赣州电网220kV金堂变电站存在的电能质量问题：220kV电源输电线路偏长，且受 丰、枯水期小水电及负荷波动影响，电源电压波动大；供电负荷中有220kV直供的鼎龙钢厂 及

3、定南、全南县的几个电弧炉冶炼金属企业，其负荷功率因数很低，造成电能的极大损耗；而 负荷的冲击极大，引起电网电压波动和闪变，加以产生的高次谐波造成电网的严重污染，致使 电网电能质量下降；考虑到2008年京九铁路将进行电气化改造，电气化铁路的供电又将增加 冲击性的非线性负荷使电网中不可避免增加降低电能质量的不稳定性。为此在220kV金堂变电 站采用了 SVC装置（TCR+FC型），这也是SVC装置在江西电网中的首次应用，同时也是国内第一 座移动式无功补偿装置。该装置于2007年12月30日顺利投入运行，从各项测试数据来看，SVC装置对改善母线电 压总谐波畸变，以及调相、调压结果基本上能达到仿真计算

4、水平，同时对抑制振荡，提高电网 输电功率及输电能力有较大帮助。为此作以下的初步总结分析。1 SVC装置的工作原理及构成1.1工作原理SVC （static var compensator）全称静止式无功补偿装置，早期又称为SVS,目前国内市 场上的SVC无功功率补偿装置主要是接触器或断路器投切电容器组（如PFC、HVC）、品闸管控 制电抗器（TCR加装消谐滤波装置组成TCR+FC）和品闸管投切电容器（TSC）装置。TCR型SVC动态无功功率补偿装置通过控制TCR支路中串联的功率可控硅的触发相角，来 改变流经电抗器支路的电流，从而得到不同的无功功率。装置由光电触发控制系统、阀控系统、 主电抗器及

5、保护元件等单元组成。品闸管触发角a在90。180。范围内可调节，即导通角P V180。当a =90。时，补偿装置吸收的无功功率最大（称为短路功率）；当a =180。达到其 在调节范围内的最大值时,吸收的无功功率最小（称为空载功率）。通过调节触发角a的大小， 即连续改变主电抗器的电流量，动态调节补偿的无功功率。TCR型SVC动态无功功率补偿装置并联固定电容器组FC构成品闸管控制电抗器加固定滤波 电容器组（TCR+FC）型式，装置总的输出无功功率为TCR与FC无功功率抵消后的净无功功率， 因而可以将补偿装置的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围置内。TCR采用相控原理， 在系统中将除产生特征谐波

6、及非特征的奇次、偶次及三的倍数次谐波，并联固定电容器组FC 则兼作滤波器，吸收TCR产生的谐波电流和系统其它谐波电流。SVC动态补偿原理见图1。1.2构成技术特征（1）TCR+FC型SVC装置由五大部分组成，见表1。表1TCR+FC型SVC的组成序号名称特点；1、，1TCR阀及电子设备TCR晶闸管阀晶闸管叠装压接式、纯水冷却、内取能、内阻尼、空气绝缘，BOD保护 光电转换，自动完成各高电位电子单元循检，光缆传递信号。调节柜采用基于DSP的全数字化控制，动态相应时间小于10ms，矢量运算、逻辑判 别、锁频、锁相、线性化处理，有源滤波、数字触发、运算快，触发精度W 个电角度。触发监控拒脉冲编码，光

7、发送/接收，微机实时监控TCR晶闸管运行状况。纯水机提供高纯水作为TCR阀的冷却介质（水一水型）。光缆传递触发回答信号，实现高低电压之间的隔离，抗干扰能力好。2开关柜SF6断路器柜、PT柜、ZNO柜、CT及进线柜等。3滤波电容器组进口全膜电容器、放电线圈、构架等。4TCR主电抗器、滤波电抗器空心、干式、铝线环氧固化型，线性度高，噪音小，动热稳定性好，损耗小 绝缘强度高，散热好。5程序控制及继电保护用PLC实现SVC程序投切及继电保护，用工控计算机实现SVC自动化控制（2）主要技术特征Q无功功率补偿平滑调节，实时跟踪负荷变化，动态补偿无功功率，提高系统功率因数。Q光电触发技术，光纤传输主电路与控

8、制电路的信号，实现一次系统和二次系统的光电隔 离保证触发精度。Q设有保护电路、均压电路的阀控系统对开关元件工作状态实时监测。高电位紧急触发电 路设计，采用BOD元件作为品闸管保护元件，有效保护开关器件免受损坏。Q动态抑制系统谐波，改善电压畸变率，主回路设计充分考虑电容器组对谐波电流的放大 问题，保证设备安全运行、可靠工作。Q控制具有高可靠性，操作简单，与系统联结时，不需要考虑交流系统相序，不会因为相 序接错而带来烧坏可控硅或其他器件的现象。Q根据负载无功和电压波动情况，在规定的动态响应时间内，多级补偿一次到位。补偿器 保护措施齐全，自动化程度高，能在外部故障或停电时自动退出工作，送电后自动恢复

9、运行主 电路保护措施完备，损耗低，安全性能好。Q适合于感性和容性无功功率大范围变化的场合。装置投运后功率因数可达0.95以上， 消除电压波动及闪变，三相平衡符合国际标准。2工程系统设计2.1设计参数在金堂220kV变电站10kV母线原有4组（电抗率为6%）10Mvar并联电容器组外，加装一 套TCR+FC型高压静止无功补偿装置（SVC）。设计输出的动态无功容量为+ 79MVar（容性）一 30MVar（感性）。TCR容量为50MVar的相控电抗器（TCR）,接在10kVII段母线。FC的装设接入则考虑到原有并联补偿电容器会将3次谐波电流放大，而原电容器额定电压 仅有6.35kV,为了提高其的安

10、全裕度，分别将新增的一组3次滤波器安装在10kV I段母线上; 新增的另一组3次滤波器及两组5次滤波器则装设于10kV II段母线SVC装置主接线方式如图 2所示。其几项主要部件的参数为：（1）滤波器选择及接线方式3次、5次滤波器组采用单调谐滤波器，滤波双套管电容器单台额定容量为640kVar，每组 安装容量为17.82MVar，采用双星一双星形接线，每相4串（4 + 5）并，采用中性点不平衡电 流保护。图2 SVC装置主接线图（2）滤波电抗器和相控电抗器采用空心电抗器作为滤波和相控电抗器，户外安装，F级绝缘，可承受短路冲击电流25kA, 相控电抗器每相采用双线圈接在品闸管阀两侧，相控电抗器采

11、用三角形接线。（3）品闸管阀及其冷却系统品闸管选用多个高压、大容量品闸管元件进行串联，元件型号 5STP26N6500，额定电流 2810A，额定电压为5600V （可重复峰值）、6500V （不可重复峰值），连接方式为7级/相，正、 反逆并联，元件数量42只。采用电光电转换经光纤传导的触发方式将控制系统与高电位的完全隔离，品闸管元件采用 纯水冷却方式，将高电位与冷却系统隔离，水泵、树脂采用100%的热备用。（4）SVC系统的控制方式变电站内10kV I段、10kV II段母线上所有的新增滤波器及原有并联电容器全部纳入SVC 装置的统一控制范围。独立配置一套智能化调节监控系统，静止无功补偿装置

12、系统的控制、信 号、测量均通过该系统完成，通讯管理机就地布置，远方操作终端设置在现有变电所的控制台 上。控制方式不设常规控制屏，值班人员利用远方操作系统或保护装置上的操作单元或SVC就 地监控屏进行控制操作，控制对象包括所有受控设备断路器的分合闸及TCR支路品闸管阀触发 角的调节。正常运行时控制命令的发出均通过远方或就地操作系统进行。其监控系统的配置见 图3。世4若更设冬*STPF图3 SVC监控系统配置图3应用效果金堂变电站的220kV母线和110kV母线上均带有金属冶炼等非线性负荷。安装SVC装置前 后由江西省电力科学研究院进行了电能质量的测试。结果见表2、3，图4、5。3.1母线电压总谐

13、波畸变率表2 未装SVC前金堂变各母线电压总谐波畸变率名称220kV母线110kV母线10kV I段母线10kVII段母线THDu (%)2.602.161.531.36表3 安装SVC后金堂变各母线电压总谐波畸变率名称220kV母线110kV母线10kV I段母线10kVII段母线俱（%）2.201.060.8260.8983.2安装SVC后10kVII段母线的阻抗频率特性曲线及相角频率特性曲线（10kV I段母线阻 抗频率特性曲线及相角频率特性曲线大体相同）。图4 10kV II段母线阻抗频率特性曲线No Title Given4结束语电VC装置在我国电力系统应用是在上世纪八、九十年代，2

14、002年，原国家电力公司重点科 技项目100Mvar SVC国产化工程应用研究在辽宁鞍山红一变实施，并于2004年成功投运。 目前在广东江门、湖南云田、湖北凤凰山、河南小刘等500kV变电站中装有大容量SVC。TCR 型SVC装置以其补偿效果好、技术成熟、造价相对低廉、性价比高和运行维护方便等优点，在 动态无功补偿装置应用范围内占主导地位，并在稳定增长。目前国内外还没有完整的SVC相关标准，国外与SVC有关的标准有3项：IECStd 61954 2003Power electronics for electrical transmission and distribution systems-

15、 Testing of thyristor valves for static VAR compensators IEEE Std 1031 2000 IEEE Guide for the Functional Specification of Transmission Static VAR compensators眼IEEE Std 1303 1994IEEE Guide for Static var Compensator Field Tests。国内等效 IEC 标准或 参照IEEE标准而制定的国标有3项：输配电系统的电力电子技术一静止无功补偿器用品闸 管阀的试验，等效采用IEC 61954 2003:静止型无功功率补偿装置（SVC）功能特性， 参照IEEE 1031 2000；静止型无功功率补偿装置（SVC）现场试验，参照IEEE 1303 1994； 但3项国标目前尚处于报批阶段。建议加快SVC装置的设计、制造、试验和检验诸方面系列的 行业标准制订。高压静止无功补偿装置（SVC）是一种由高电压、大容量品闸管阀作为控制元件的动态无功 补偿装置，是电力电子技术在电力系统的成功应用领域之一。SVC装置具有