SVC静止型动态无功补偿装置在电力系统中的作用

静止无功补偿器(SVC，staticvarcompensator)是并联静止元件发生或吸收无功功率，其输出被控制变化以维持或控制电力系统规定的参数。静止无功补偿器包括功发生器和吸收器，以及相应的控制器，可以提供给电力系统容性或感性电流，如图1所示。静止无功系统(SVS，staticvarsystem)是包含静态和机械投切，且相互配合的无功补偿器的联合体。无功补偿系统(VCS，varcompensatorsystem)是指相互配合的静态无功补偿器和旋转无功补偿器的联合体。

SVC典型的电压电流特性如图2所示，在它的容量范围内SVC吸收或产生无功以维持电压的恒定，这个特性相当于理想电压源Uref与系统电压U在连结点处同相位，或一个由电压控制的电纳在同一连结点上，如图2的(b)和(c)。这样静止无功补偿器的作用就像一台同步调相机，但它没有惯性，并且它的响应速度要比调相机快的多。

2 静止无功补偿器在电力系统的作用

2.1电压控制

如果电力系统的短路容量水平低或线路较长，电压将严重地受到负荷变化的影响。在重载下，电压将大幅度下降甚至系统垮台。电压下降如引起低电压保护动作，就会导致许多负荷停电。然而在轻载时，系统电容过补偿，同步发电机短时间过激，引起变压器饱和，它将产生过多的谐波，如有可能会与电容器组、输电线路等发生铁磁谐振，这可能使避雷器动作和损坏、电容器和电动机因谐波而过热、用户设备损坏。如果在系统上安装静止无功补偿器，在它的额定容量范围内，将维持负荷电压在设计的限度内，若SVC的容量无限大，则在任何负荷下维持母线电压为恒压，如图3所示。

2.2负载平衡

不对称或单相负荷将使电压不对称，引起系统设备过载，旋转机产生附加损耗，加上合适的静止无功补偿器可以达到以下目的:

(1)负载及电压平衡；

(2)较正功率因数。

对于不断变化的负荷例如电弧炉、电气化铁路等，采取各相独立调整的SVC可以解决不对称负载平衡化的问题。假定在某一时刻，负载的导纳(Gab+jBab)、(Gbc+jBbc)、(Gca+jBca)，按复功率关系p-jQ=U2(G+jB)，于是，为了平衡，各相所需无功并联导纳由下式确定:

B■■=-B■+（G■-G■）/■(1)

B■■=-B■+（G■-G■）/■(2)

B■■=B■+（G■-G■）/■(3)

其中:-B■■、-B■■、-B■■项提供负荷的无功补偿，而(G■-G■)/■、(G■-G■)/■、(G■-G■)/■项则提供相—相间有功负荷的平衡，最后计算得相—相间负荷等于:

G=(G■+G■+G■)/■(4)

举例说明：如在a、b相之间有一单相有功负荷，即Gab≠0，Gbc=Gca=0，Bab=Bbc=Bca=0，根据式(1)、式(2)、式(3)可得:

B■■=0

B■■=-B■■=G■■/■

这就是说，要将单相负荷平衡到三相，需要在b、c相间加电容器，a、c相间加电抗器。

2.3 增加系统阻尼

在电力系统中由于系统故障、负荷突降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则要频繁得多。此类扰动引电机机械振荡，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。此种振荡的阻尼依赖于输电系统设计、发电机励磁控制、发电机设计和系统负荷特性，但是阻尼如太小就会导致持续电压和功率摇摆，甚至发电机之间失去同步。如果在系统中安装可以连续控制的快速反应静止无功补偿器SVC，以引入SVC中合适的电气参数，可以改变阻尼特性，增加系统阻尼，维持系统稳定。

2.4 增加功率传输能力

电力系统传输功率容量一般受到运行电压和系统间转移电抗的限制，对单机无穷大系统模型，功率表示为:

■=sinδ(5)

Pm=■(6)

式中P——传输的有功功率；

Pm——传输的最大有功功率；

δ——首端与尾端电机内部电压之间的角度；

E——首端电压和尾端电压的幅值；

X——等值互联电抗，其中包括发电机和变压器漏抗、输电线的电抗。

当δ=90°时，最大有功功率Pm值达到最大，即Pm=P。

如在输电线路上安装SVC，由于SVC在连结点支撑电压的能力而使输电容量增加，当一定容量的SVC应用到互连电抗的中点时，则传输容量为:

■=2sin■(7)

这就是说理论上稳态极限现在达到180°，即最大传输功率增加一倍。

3〓工程应用

2004年11月，由中国电力科学研究院开发制造的静止无功补偿器在鞍山红一变投入运行。此项工程是国家“十五”重大技术装备研制项目，是我国自主研发的SVC第一次在电网上应用。

鞍山红一变为东北电网枢纽变电站，原有一台额定容量为60Mvar的调相机，由于设备陈旧，仅能发出20Mvar无功功率，动态无功支撑能力低，系统电压水平低，网损大；红一变二次66kV系统带鞍负和鞍山的主要负荷为冲击性负荷，对系统电压造成影响，使变电站主变过载。该工程以具有快速调节能力的静止无功补偿器SVC替代原有调相机，实现了对电网的动态无功调节，稳定了电网电压，并抑制冲击负荷和谐波对电网的影响。整套SVC装置和各滤波支路全部直接挂接在33kV母线，其中SVC额客容量80MVA，滤波器总安徽容量12Mvar；滤波器共设置6个支路，包括两个3次、两个5次、两个7次单调谐滤波器。该工程投运后，每年降低网损18000MW，计节约人民币720万元，同时节省了100万元设备维护费用。表1是在66kV母线上分别对SVC投入前后的相关电气参数进行的测量结果对比。

可明显看出，投入SVC后，系统母线电压得到有力提升，三相电压更加稳定，功率因素也有了一定的提高。

4 结论

静止无功补偿器接入电网可完成不同的功能，利用它提供的经济、快速和连续的无功控制，比传统的系统方法更为有效，可以维持系统电压、平衡三相负荷、增加已有输电系统的输电容量、系统暂态稳定极限。此外，SVC在阻尼次同步谐振、降低暂态过电压方面也有一定的作用。