浅谈SVC的原理及作用

1、浅谈SVC的原理及作用超（特）高压运行检修公司 自贡中心 涂洪骏摘要：介绍了静止补偿器(SVC)的工作特性、基本原理、运行方式，重点针对SVC的作用进行了分析。关键词：静止补偿器，静止无功发生器和吸收器，无功补偿，SVC1 引言现代工业系统中，诸如交流电弧炉、电气化铁路、大型轧钢机等均属于动态变化的非线性负荷。这类负荷的特点是有功功率与无功功率随时间作快速变化，由于其非线性和不平衡的用电特性，使供电电网的电压波形发生畸变，引起电压的波动、闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率的波动，而且向系统注入大量的谐波，对电网的电能质量构成了严重的威胁。近年发展起来的静止型无功补偿装置(Static Var

2、 Compensation，以下简称SVC)1，是一种快速调节无功功率的装置，已成功地应用于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。这种装置在调节快速性、功能多样性、工作可靠性以及投资和运行费用的经济性等方面都比同步调相机有明显的优点，取得了较好的技术经济效益，因而在国内外得到较快的发展与实际应用。2. 静止无功补偿装置(SVC)的分类及原理SVC目前广泛应用于输电系统和负载无功补偿，根据国际大电网会议将SVC分为：1、机械投切电容器（MSC）型；2、机械投切电抗器（MSR）型；3、自饱和电抗器型（SR)型；4、晶闸管投切电容器型（TSC)型；5、晶闸管投切电抗器型（TSR)型；6、自换相

3、型（SCC)型；7、晶闸管控制电抗器型（TCR）型。其典型代表是晶闸管控制电抗器固定电容器（TCRFC）、晶闸管投切电容器（TSC）、以及磁控电抗器固定电容器（MCR+FC）等。2.1晶闸管控制电抗器TCRFC TCR通过调节晶闸管的触发角，实现连续调节补偿装置的无功功率。利用TCR回路吸收的感性无功功率，可以对无功功率进行动态补偿，使得并联滤波器中多余的无功功率得到平衡，确保补偿点的电压接近维持不变。其基本组成如下图1所示。图1 TCRFC基本组成2.2晶闸管投切电容器TSC一般情况下，按照一定的比例设计成多组支路的滤波器，在基波频率下成容性，分级改变补偿装置的无功出力，滤波支路在某次谐波下

4、偏调谐，兼滤该次谐波。TSC只能分组投切，必须和TCR配合才能进行连续调节。TSC的基本电路有3种2，如图2、图3和图4所示，图2为星形有中线连接，图3为三角形外部连接，简称角外接法，图4为三角形内部连接，简称角内接法。在这3种电路的基础上又衍生出很多其他的拓扑结构，比如将每相的一个晶闸管换成二极管，或者为了节约成本去掉某相的晶闸管开关。选用何种拓扑结构应结合现场负荷实际情况及技术经济等因素综合考虑。 图2 星形有中线连接 图3 三角形外部连接 图4 三角形内部连接2.3磁控电抗器MCRFCMCR利用直流助磁原理，通过附加直流励磁磁化电抗器铁芯，通过调节磁控电抗器的饱和程度来改变铁芯的磁导率，

5、实现电抗值的连续、快速调节。从而实现无功容量的连续可调。其基本组成如下图5所示。图5 MCRFC基本组成3 SVC的主要作用有下几个方面3.1 对电力系统电压进行有效的控制如果电力系统的短路容量水平或者系统中有长线路（弱系统）,电压将严重的受到负荷变化的影响，也受到投切系统元素的严重影响。负荷端如果加装SVC ，在 SVC 额定容量范围内，可以维持负荷电压在设计额定限度内。3.2平衡电力系统的三相负荷不对称或单相负荷将使电压产生不对称，引起系统设备的过载，使旋转电机产生附加损耗。加装 SVC 可以起到平衡负载、平衡电压的作用，同时可以 校正系统的功率因素。3.3 增加已有和新建输电系统的有功功

6、率传输能力电力系统有功功率传送容量一般受到系统的运行电压和系统之间转移电抗的限制。如果在输电线路上面加装 SVC，由于 SVC 在连接点支撑电压的能力从而使输电容量大大的增加。而对于电力系统传输容量的增加，将 SVC 加装在某一合适的位置能够起到最佳效果，应该通过潮流计算得到。3.4 提高系统的暂态稳定极限为了使电力系统保持稳定，即使是在保护切断故障所引起大扰动之后，系统的功率传输仍要保持在稳态稳定极限之内，暂态稳定的最大功率水平对某个 具体系统运行状态是暂态稳定极限。当系统加装 SVC 以后，对于同样的传输 水平，有较大的减速能量用于恢复转子到稳定状态，从而提高系统的暂态稳定 极限。3.5增

7、加功率振荡的阻尼在电力系统中由系统故障、负荷突降、严重事故投切等所引起的大扰动相对较少，而正常负荷变化和运行操作所引起的小扰动要频繁的多。此类扰动引 起电机械振荡，它们通常由发电机转子阻尼电路和与发电机励磁系统在一起的 电力系统稳定器所阻尼。但是无阻尼功率振荡会导致持续电压和功率摇摆，甚 至于发电机之间会失去同步。加装 SVC 后，也就是设置了连续控制的快速反 应无功补偿，可以改进系统的阻尼特性。3.6阻尼次同步谐振用串联电容补偿长线路的串联电感时会产生次同步谐振现象，这个现象发生在串联电容与线路和电机等值电感谐振频率低于工频时，在这种谐振的情 况，发电机轴系的机械阻尼可能显现负阻尼于某个扭振

8、方式，结果是扭振荡自 发的出现并增大振幅，直到发电机轴系系统损坏。加装 SVC 后能够改善系统 的阻尼特性，从而阻尼次同步振荡。3.7对 AC-DC 换流器以及 HVDC 联线进行无功补偿由于交直流换流器的固有特性，它要消耗有功负荷 60%的无功功率，而与他们的运行方式无关，当交流或者直流发生大的扰动时，会出现无功需求的大 量暂态变化，这依赖于系统等值电抗和换流器的控制，这种大量的无功变化使 交流系统电压动态或者瞬时的改变，特别是当交直流系统换流母线的等值阻抗 比较大时。由于 SVC 自身的高速反应及其无功产生和吸收能力，表现出一个 控制上述扰动的有效方法。SVC 能够降低由于改变换流器需求或

9、者投切滤波器 组引起的无功变化，更好的控制交流电压；能够降低由于换流器闭锁引起的动 态或者短时间过电压；有助于事故后交流系统的快速恢复。如果 SVC 快速反 应与同期调相机增加短路故障水平的能力互相配合，故障后直流输电的功率可以更快的恢复。3.8改善工矿企业的电能质量、提高功率因数可减少注入系统的谐波电流和母线电压谐波电压畸变率，改善电能质量；提高用户功率因数，减少无功损耗，增加变压器带负载能力，减少用户低功率 因数罚款；抑制电压波动和闪变，改善电能质量；平衡三相负载，抑制负序， 使用户和系统负序保护不误动。4.实践案例为了减少川渝电网系统的谐波电流和母线电压谐波、电压畸变率，抑制电压波动和闪

10、变，改善川渝电网系统的电能质量，在洪沟500kV变电站加装了一套量120MWvar的SVC静态无功补偿装置工程。现对该SVC 装置组成及运行方式进行说明：4.1 SVC 装置组成4.1.1洪沟 SVC 装置包括 1 组容量为 120Mvar 相控电抗器、 1 组容量为 40Mvar 的 5 次谐波滤波器、5 组容量为 40Mvar 的并联电容器组（利用原有设备）和 5 组容量为 45Mvar 的并联电抗器（利用原有设备，最多只能投入 3 组并联电抗器）。SVC 装置接于#1 主变低 压侧 35kV 母线；#2 主变建设后，SVC 装置改接于#2 主变低压侧。4.1.2TCR 支路主要由 SF6

11、 高压断路器、隔离开关、相控电抗器、晶闸管阀组、氧化锌避 雷器、电流互感器等组成。4.1.3滤波支路主要由 SF6 高压断路器、隔离开关、滤波电容器、滤波电抗器、氧化锌避 雷器、电流互感器等组成。4.1.4并联电容器补偿支路主要由 SF6 高压断路器、隔离开关、并联电容器、串联电抗器、 氧化锌避雷器、电流互感器等组成。4.1.5并联电抗器支路主要由 SF6 高压断路器、隔离开关、并联电抗器、电流互感器等组 成。4.2 SVC调节策略的基本原则SVC控制系统的控制策略包含两部分：稳态无功电压控制、暂态稳定和阻尼控制，即常规的无功电压控制（VQC）和TCR控制两部分。4.2.1 SVC稳态控制规律

12、洪沟500kV母线电压V参考电压Vref电压控制死区比较V投切电容器或电抗器稳定500kV电压稳态下500kV电压控制环节由电压采样计算环节、电压控制比较环节等构成。滤波器自动调节控制框图如下所示： 稳态电压控制框图框图上方输入信号为500kV母线电压有效值，与通过后台整定的500kV参考电压值相减，获得电压差值，通过对时间窗内电压差值的递推计算，获得500kV电压差值平均值V，V与通过后台整定的电压死区进行比较。自动调节投切35kV电容器组或电抗器组的判据：l 若大于电压控制死区，即V > ，则投入一组电抗器或切除一组电容器；l 若小于电压控制死区，即V < -，则投入一组电抗器

13、或切除一组电容器；l 若在电压控制死区范围内，即 -V, 则不投切电抗器或电容器； 投入电容器或切除电抗器的判据为：l 若已投入一组以上的电抗器，则仅切除电抗器，不投入电容器；投入电抗器或切除电容器的判据为：1)、当TCR支路运行时l 若已投入2组以上的电容器组，则仅切除电容器（应保留1组12%串联电抗器的电容器支路），不投入电抗器；l 若仅投入1组12%串联电抗器的电容器支路，则仅投入电抗器，不切电容器；2）、当TCR支路不运行时l 若已投入一组以上的电容器，则仅切除电容器，不投入电抗器；改变晶闸管控制电抗器TCR稳定感性无功输出的判据为：l 若需要投入电抗器或切除电容器，而电抗器支路已投入

14、3组，则增加12Mvar的TCR感性无功输出，不再投入电抗器，但TCR感性无功输出最大不能超过96Mvar；l 若需要切除电抗器或投入电容器，而TCR感性无功出力大于36Mvar，则减小12Mvar的TCR感性无功输出，不再投入电容器, TCR感性无功出力降到36Mvar就不再调整，改为切电抗器或投入电容器；TCR、电容器、电抗器联跳判据：l 若最后1组12%串联电抗器的电容器故障跳闸，将联跳TCR支路；电容器、电抗器投切延时为10-100分钟，可后台整定，该时间即为500kV电压差值的平均值计算的时间窗长度。当投切一组电容器或电抗器后（不管该次操作是否失败），电压差值的平均值V自动清零。4.

15、 2.2 SVC动态控制规律动态下SVC控制框图如下所示洪陈1、2线路有功洪沟500kV母线电压TCR感性无功输出SVC动态控制规律框图框图1偏差计算环节；框图2控制隔直环节； 框图3、4控制相位环节；框图5比例环节； 框图10暂态强补环节； 其中，电压的偏差量和线路输送功率的偏差作为控制系统的输入量。通过逐级调节晶闸管导通角来得到相控电抗器0120Mvar 平滑感性无功输出。4.3 SVC 运行方式4.2.1SVC 装置调节及监控系统可根据系统电压及无功的变化情况自动进行控制调节，也 可根据需要进行手动控制。SVC 装置可以适应电网的各种运行方式。4.2.2SVC 装置各支路正常情况下，SV

16、C 监控及调节系统自动投入和退出 SVC 各支路的 顺序：¾SVC 投入顺序：i) 先投入一组电抗率为 12的电容器组；j) 投入 TCR；k) 投新增 5 次滤波器；l) 投入其它电容器（包括远期新增的，顺序不作要求）；¾SVC 退出顺序：m) 切其它原有电容器（对应上述最后一步投入的电容器，顺序不作要求）；n) 切新增 5 次滤波器；o) TCR 退出；p) 切最后一组电抗率为 12的电容器组。¾并联电抗器投退顺序：洪沟站中 5 组并联电抗器参数相同，按照循环投退的原则操作。4.2.3 SVC 装置允许的运行方式及无功出力见附表 1 所示。附表 1：SVC 装

17、置的运行方式序号TCR12%串抗的并联电容器5 次滤波 器5%串抗的并联电容 器并联电抗器无功出力范围正常运行方式1×××208.05Mvar88.05Mvar2××××172.46Mvar52.46Mvar3××××168.05Mvar48.05Mvar4×××××136.87Mvar16.87Mvar5×××××132.46Mvar12.46Mvar6××

18、5;×××96.87Mvar-23.13Mvar7×××××××64.58Mvar-55.42Mvar8××××××××32.29Mvar-87.71Mvar9×××××××-12.71Mvar-132.71Mvar10××××××-57.71Mvar-177.71Mvar11×

19、××××-102.71Mvar-222.71Mvar非正常运行方式12¤¤¤¤208.05Mvar13¤¤¤¤¤172.46Mvar14¤¤¤¤¤168.05Mvar15¤¤¤¤¤¤136.87Mvar16¤¤¤¤¤¤132.46Mvar17¤¤¤¤¤

20、;¤¤96.87Mvar18¤¤¤¤¤¤¤¤64.58Mvar19¤¤¤¤¤¤¤¤¤32.29Mvar20¤¤¤¤¤¤¤¤-12.71Mvar21¤¤¤¤¤¤¤-57.71Mvar22¤¤¤¤¤¤-1

21、02.71Mvar23¤¤¤¤¤¤¤-135Mvar注：（1）符号说明：“”表示该支路投入； “¤”表示该支路故障、检修或退出； “×”表示该支路退出；（2）当多个支路以上故障退出时，应参照上表，同时满足对各 SVC 支路投入退出的限制要求。4.3 人工单相瞬时接地短路试验为验证500 kV洪沟变电站12oM乏SVC 装置在川渝电网出现大扰动状况下的暂态调节性能， 2006 年11 月22日11:07:41，500 kV 输电线路二普三线C 相进行第1 次人工单相瞬时接地短路试验，500 kV 母线电压、TCR 支路无功出力以及川渝电网潮流断面洪陈I、II 线路有功功率进行了现场测试。35kV运行方式SVC 装置投入3 组并联电抗器