SVC裝置的基本原理

1、精品好資料學(xué)習(xí)推薦第二章 SVC的基本原理靜止同步補(bǔ)償器SVC(Static Var Compensator)被稱為“靜止的調(diào)相機(jī)”，是現(xiàn)代柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)的核心組成部分，其為以變換器技術(shù)為基礎(chǔ)的并聯(lián)無功補(bǔ)償FACTS設(shè)備。典型的靜止無功補(bǔ)償裝置是使用固定電容器加晶閘管控制電抗(FC和TCR)，使其具有吸收和發(fā)出無功電流的能力，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，穩(wěn)定電壓源電壓。它的重要特性是通過控制TCR的觸發(fā)延遲角的變化，來改變補(bǔ)償裝置所需要的無功功率。TSC只能分組投切電容，和TCR配合使用時(shí)，才能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率。固定電容器加晶閘管控制電抗器型靜止無功補(bǔ)償裝置能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的

2、無功功率，且響應(yīng)速度較快。因此，可以對無功功率進(jìn)行快速動態(tài)補(bǔ)償。2.1SVC的基本結(jié)構(gòu)SVC的結(jié)構(gòu)有很多，但基本元件是晶閘管控制的電抗器和晶閘管投切的電容器。其分類如圖2.1。圖2.1 SVC的基本結(jié)構(gòu)TCR支路由電抗器和兩個反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)構(gòu)成，TSC支路由電容器和兩個反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)構(gòu)成，其控制元件均為晶閘管。TCR支路的等值基波電抗是晶閘管導(dǎo)通角或觸發(fā)角的函數(shù)。通過調(diào)整或可以平滑地調(diào)整并聯(lián)在系統(tǒng)的等值電抗。2.1.1TCR型SVC構(gòu)成包括四個主要組成部分:高阻抗變壓器(或降壓變壓器)、電容器組(兼作濾波器)、晶閘管閥和調(diào)節(jié)器。優(yōu)點(diǎn)主要有:（1）可以進(jìn)行連續(xù)感性和容性無功調(diào)節(jié)單獨(dú)的

3、TCR由于只能吸收感性無功功率，與并聯(lián)電容器配合使用，使得總的無功功率為TCR與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的凈無功功率，因此可以將補(bǔ)償器的總體無功電流偏置到可吸收容性無功的范圍內(nèi)。（2）能進(jìn)行分相調(diào)節(jié)降壓變壓器二次繞組連接成“開口星型”，中點(diǎn)分開，這是要使每相負(fù)載與另外兩相獨(dú)立，從而正序和負(fù)序的幅值可以單獨(dú)控制、分相調(diào)節(jié)，可以平衡不平衡負(fù)載。（3）吸收諧波能力好并聯(lián)電抗器串上小調(diào)諧電抗器還可兼作濾波器，能很好地吸收TCR產(chǎn)生的諧波電流。（4）噪聲較小（5）損耗相對較?。?）控制靈活性好TCR型SVC有多種可選擇補(bǔ)償方案，一種方案就是將電容器組的總?cè)萘抗探釉陔娋W(wǎng)上，而將TCR的總?cè)萘科骄譃閚組小

4、單元，根據(jù)系統(tǒng)無功功率的平衡要求來決定啟用小補(bǔ)償單元的組數(shù)及其控制角。這樣TCR型SVC就可以通過控制投入的組數(shù)進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，通過控制控制角進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的無級補(bǔ)償，因此整個控制過程十分靈活，而且效果也相當(dāng)好。（7）動態(tài)響應(yīng)時(shí)間較快(約loms)，是能夠勝任多類負(fù)荷的動態(tài)無功補(bǔ)償。缺點(diǎn)主要有:（1）自身有諧波含量產(chǎn)生TCR型SVC產(chǎn)生的諧波主要是奇次諧波，3K次諧波同相位，僅能在補(bǔ)償裝置的三角形接法繞組中流通，不能流入系統(tǒng)。流入系統(tǒng)中的諧波成分只是6k士1次。產(chǎn)生的諧波電流會使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生畸變，從而對系統(tǒng)及設(shè)備產(chǎn)生一系列的危害，因此利用TCR和改善功率因數(shù)用的電容器兼作濾波器，但這種濾波器

5、體積大，占地多，價(jià)格貴。（2）不可直接接于超高壓（3）運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜由于組成部分較多而且較為復(fù)雜，TCR本身的反并聯(lián)晶閘管、多組FC，這些雖然使得控制靈活，但也讓運(yùn)行維護(hù)更復(fù)雜。由于TCR型SVC具有反應(yīng)時(shí)間快，無級補(bǔ)償，運(yùn)行可靠，能分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣，價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用最廣，在控制電弧爐負(fù)荷產(chǎn)生的閃爍時(shí)，幾乎都采用這種型式。目前國內(nèi)兒乎所有的軋鋼機(jī)，提升機(jī)、電力機(jī)車、電弧爐的補(bǔ)償設(shè)備都采用此類型的SVC。最廣泛用于高壓大容量無功補(bǔ)償，與固定電容器或?yàn)V波器聯(lián)用。可用作電壓支撐，無功潮流控制，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，以及減小電壓波動，可分相調(diào)節(jié)，有對稱化功能。目前，TCR與電容器聯(lián)用

6、，是動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)牡谝贿x擇，由于它產(chǎn)生諧波，濾波器與它聯(lián)用是理想的方案，目前是連續(xù)調(diào)節(jié)的理想方法。2.1.2TSC型SVC構(gòu)成它由降壓變壓器、電容器組、晶閘管閥和調(diào)節(jié)器構(gòu)成。工作原理是通過檢測到反并聯(lián)的晶閘管閥兩端的電壓，在過零時(shí)控制晶閘管導(dǎo)通將電容器投入。主要優(yōu)點(diǎn)有:（1）快速響應(yīng)性、可頻繁動作性、以及分相調(diào)節(jié)，有效地抑制電壓波動問題。（2）自身不產(chǎn)生諧波分量由于電容器組是由晶閘管閥在其電壓過零時(shí)投切的，電容器只是在兩個極端電流值(零電流和額定正弦電流)之間切換，所以不會產(chǎn)生諧波。（3）噪聲?。?）損耗很?。?）控制靈活性好（6）用于調(diào)壓，調(diào)無功，減低電壓波動（7）快速深度無功補(bǔ)償這使得TS

7、C可有效地用于防止電壓崩潰在系統(tǒng)故障和負(fù)荷電流急劇增加時(shí)，使用丁SVC裝置快速補(bǔ)償無功功率，對系統(tǒng)電壓起支撐作用，可顯著地抑制電壓崩潰趨勢。主要缺點(diǎn)有:（1）動態(tài)響應(yīng)時(shí)間較長（2）無功輸出只能是級差的容性無功每次只能投切一組電容器，實(shí)現(xiàn)級差無功補(bǔ)償。（3）限制過電壓的能力（4）無諧波吸收能力由于本身沒有設(shè)置濾波器組，所有沒有諧波吸收能力。（5）不可直接接于超高壓（6）運(yùn)行維護(hù)較復(fù)雜由于采用多組反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)的形式，使得晶閘管的散熱、導(dǎo)通的同時(shí)性、損壞的檢測、以及維護(hù)等都帶來了一定的難度。因其具有快速響應(yīng)性、可頻繁動作性、以及分相補(bǔ)償能力，可應(yīng)用于對大型沖擊性、快速周期波動變化、不平衡、非線性

8、負(fù)荷(如電氣化鐵路、電弧爐、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電站、大功率變頻調(diào)速裝置等)的動態(tài)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，可有效地抑制這些負(fù)荷所引起的電壓波動問題，故是低壓動態(tài)補(bǔ)償?shù)氖走x方式。對高壓大容量需要大范圍調(diào)節(jié)無功或電壓的情況，也是好的選擇。與TCR聯(lián)用往往可以解決更多問題。表2.1 幾種無功功率動態(tài)補(bǔ)償裝置的簡要對比裝置TCRTSCTCR+TSCSVC響應(yīng)速度10ms10ms10ms10ms吸收無功連續(xù)分級連續(xù)連續(xù)控制較簡單簡單較簡單復(fù)雜諧波電流大無大小分相調(diào)節(jié)可以有限可以可以損耗中小小小噪聲小小小小2.2 SVC工作原理SVC如圖2.2接入系統(tǒng)中，根據(jù)負(fù)載無功的變化，電容器提供固定的容性無功，調(diào)整補(bǔ)償

9、電抗器輸出感性無功功率的大小，使得總的感性無功和容性無功相抵消，即系統(tǒng)無功=-+=常數(shù)(或0)，使系統(tǒng)無功功率保持基本不變，電壓變化維持在允許范圍內(nèi)，以改善電能質(zhì)量。LC濾波器的設(shè)計(jì)，理想情況下使流人系統(tǒng)的諧波電流。但是在實(shí)際中TCR+TSC的損耗比TCR+FC損耗要小的多，而且補(bǔ)償效果更好，所以這種裝置最為常見。圖2.2 SVC原理圖如圖2.2所示，圖中的降壓變壓器是為了降低SVC造價(jià)，而引入的濾波器則用來吸收SVC裝置所產(chǎn)生的諧波電流。TCR的單相基本結(jié)構(gòu)就是由兩個反并聯(lián)晶閘管與一個電抗器串聯(lián)構(gòu)成。此結(jié)構(gòu)的有效移相范圍為90-180。，觸發(fā)角時(shí)，晶閘管全部導(dǎo)通，導(dǎo)通角，電抗器吸收無功電流最

10、大。瞬時(shí)改變TCR的觸發(fā)角可以改變補(bǔ)償器吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的目的，只需要使TCR提供的無功功率的變化量和負(fù)載的變化量是等值反向就可以了，甚至通過改變就可以維持電網(wǎng)電壓為恒定值。調(diào)整或可以平滑地調(diào)整TCR支路并聯(lián)在系統(tǒng)的等值電抗。其從系統(tǒng)中吸收的無功功率為： (2.1)式(2.1)中，L為電抗器的電感值。TSC的單項(xiàng)基本結(jié)構(gòu)就是由兩個反并聯(lián)晶閘管與一個電容串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)一個電抗器是用來抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。TSC補(bǔ)償器可以很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的無功功率補(bǔ)償，TSC在三相電網(wǎng)中可以三角形連接，也可以星形連接，為了實(shí)現(xiàn)更好的補(bǔ)償，對無功功率應(yīng)盡量做到無極調(diào)節(jié)，從而能

11、根據(jù)電網(wǎng)或負(fù)荷的無功波動，進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。當(dāng)TSC支路投入到系統(tǒng)后，其向系統(tǒng)注入的無功功率為： (2.2)式(2.2)中，C為電容器的電容值。由式(2.1)和式(2.2)可得SVC向系統(tǒng)注入的無功功率為： (2.3)可見時(shí)，在系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)臒o功功率能連續(xù)平穩(wěn)調(diào)整。一般情況下，為了擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍，SVC裝置中可采用多個TSC支路，并且為了保證能連續(xù)的調(diào)整，TCR的容量略大于一組TSC的容量。若投入的TSC的總電容為C，則SVC的等值電抗為： (2.4)SVC的等值UI特性由TCR和TSC組合而成，其UI特性曲線如圖2.3所示，為SVC的參考電壓。SVC的可調(diào)整范圍在直線AB范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)電壓的變化超出SVC的可調(diào)整范圍時(shí)，SVC就成為一個固定電