摘要:基于35KV變電站SVC供電系統，首先介紹了九州電氣試驗站的設備負荷情況，然后介紹了TCR+FC型靜止無功補償系統的基本原理和組成。實踐證明，該系統投入運行后，對非線性負荷產生的諧波電流，電壓波動及閃變等引起供電電能質量的問題起到了很好的治理效果。

　　關鍵詞:SVC；TCR；FC；諧波

　　1引言

　　近年來，隨著大功率非線性負荷的不斷增加，電網的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢，無功調節手段的缺乏使得母線電壓隨運行方式的改變而變化很大，導致電網的線損增加，電壓合格率降低。此外，隨著電網的發展，系統穩定性的問題也愈加重要。

　　靜止型無功補償裝置是一種快速調節無功功率的裝置，已成功應用于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負荷的補償上。其特點是：調節速度快，并可連續、分相的進行無功功率調節、運行可靠、適用范圍廣等，因此對電力系統電壓穩定和改善電能質量起到了明顯的作用。

　　此外，采用TCR靜止型動態無功補償裝置(SVC)對于消除軋機和其他大型電動機等對稱性負載所產生的無功沖擊也是很有效的，電網電壓波動明顯改善，功率因數明顯提高，是一種技術含量高、經濟效益顯著的新型節能裝置。

　　2 九州電氣試驗站概況

　　九州電氣試驗站建筑面積約為3000平方米，是目前國內領先的可帶載5MW、35KV的中高壓變流實驗站，其中包括10kv、5MW以下高壓變頻器滿載測試平臺、35KV、5Mvar以下高壓電網動態無功補償裝置滿載測試平臺和1.5MW全功率風力發電變流器及1.5MW雙饋型風力發電變流器滿載測試平臺，可集中針對中、高電壓等級的變頻器、軟起動器、SVC無功補償、風力發電逆變器等產品進行智能化帶載性能測試。這些裝置的運行，不僅產生工頻整數倍的高次諧波；而且產生隨輸出頻率變化的旁頻諧波，所造成的電壓畸變比較嚴重，對電網帶來了嚴重污染。嚴重的電壓波動、高次諧波和過低的功率因數，惡化了試驗站供電環境，縮短了設備的工作壽命，不但影響到產品的調試效率而且還增加了主變損耗和線路損耗。基于上述原因，必須對供電線路進行無功補償。

　　3 TCR+FC型SVC的基本原理

　　TCR+FC型SVC的單線簡圖如圖1所示。其中TCR（ThyristorControlledReactor）是晶閘管控制電抗器，FC（FixedCapacitor）是幾組固定電容器。每個單相支路中，補償電抗器和晶閘管閥配合使用。

　　TCR+FCåž‹SVC是通過晶閘管閥控制流過電抗器的電流，來達到控制無功功率的目的。根據負荷無功功率QV的變化情況，來實施改變電抗器的無功功率QTCR(感性無功功率)，當負荷無功QV增大時，TCR產生的無功QTCR減少；當負荷無功QV減小時，TCR產生的無功QTCR增加。即不管負載的無功功率如何變化，總要使二者之和為常數，即QV+QTCR»å¸¸æ•¸ï¼Œé€™å€‹å¸¸æ•¸ç­‰äºŽè«§æ³¢æ¿¾æ³¢å™¨çµ„發出的容性無功功率QC的數值，使取自電網的無功功率QN為常數或為0，即：QN=QC-(QV+QTCR)=常數（或0），則能實現電網功率因數=常數，電壓幾乎不波動，從而達到無功補償的目的，以抑制負載波動所造成的系統電壓波動和閃變。關鍵是準確控制晶閘管的觸發角，得到所需的流過補償電抗器的電流，晶閘管變流裝置和控制系統可以實現這個功能，通過采集母線的無功電流值和電壓值，合成無功值，和所設定的恒無功值進行比較，計算得到觸發角大小，通過晶閘管觸發裝置，使晶閘管流過所需電流。

圖1TCR+FC型SVC接線圖

　　4 35KVSVC系統設計

　　4.1晶閘管控制電抗器支路的設計

　　晶閘管控制電抗器的原理和電流波形如圖2，Th1、Th2為兩個反并聯的晶閘管組，分別在電源電壓波的兩個半周內導通，控制觸發角a在90°～180°范圍內調節。90°時產生的感性無功最大（即晶閘管短路），180°時產生的感性無功為零（即晶閘管斷開）。由于電抗器是純感性負荷，因此電流滯后電壓90°，吸收感性無功。TCR相控電抗器由晶閘管的閥串和電抗器串聯構成，接線形式大都采用三角形連接，用以消除3次諧波對系統的影響。另外，工程實際中當容量較大時將電抗器分為等容量的兩部分，串接在晶閘管閥串的兩端，這樣可以使得晶閘管在電抗器損壞時得到保護。晶閘管閥則由多個晶閘管對串聯以獲得35KV額定電壓和承受正常運行的過電壓情況，這里的高壓晶閘管閥采用ABB公司生產的晶閘管，能承受SVC裝置的最大過流/過壓水平和較高的dv/dt，di/dt水平，并配合電抗器實現良好的動態響應，同時微機實時監控TCR晶閘管運行狀況，能在低壓側直接運算顯示、報警、跳閘。

圖2 TCR接線原理和電流波形圖

　　4.2FC濾波支路的設計

　　通常的濾波方法是配置無源濾波器，既可以濾除諧波，又可以補償一定容量的無功。對裝設于電力系統中的SVC裝置而言，系統諧波含量相對較少而且比較穩定，主要諧波源就是SVC裝置本身，因此設計起來相對簡單，一般只需要裝設5次以上的單調諧濾波器即可，必要時裝設高通濾波器。但對于補償沖擊性負荷的SVC裝置，在設計濾波器時，不僅要考慮裝置本身產生的諧波，還需要考慮負荷側產生的大量非特征諧波和偶次諧波，關鍵是要具有充足的設計經驗，才能使得濾波器設計的性價比最高。另外，濾波器在實際工作中并不是處于真正的諧振狀態。為防止諧波電流過大，考慮到系統一般呈感性，通常將濾波器設計成感性偏調諧，這樣也避免了與系統發生諧振的可能。

　　4.3控制系統設計

　　控制系統是整個SVC裝置的核心部分，主要由A/D采集系統、DSP運算單元、脈沖移相電路、電光轉換裝置等相互獨立的硬件模塊組成，另外還包含監測系統和保護系統。其中，以DSP為核心的全數字化控制器，動態響應快、控制精度高；控制算法采用瞬時無功理論，即利用瞬時值代替傳統的有效值分析三相電力系統，再經過矢量變換，計算出每一相的補償導納和觸發角度，使得高壓無功補償裝置能夠快速發出或吸收的無功電流，使整個系統達到無功平衡，維持系統電壓穩定、提高系統功率因數，減少系統損耗。控制器還具有靈活的控制方式，可實現三相同時控制、分相控制和三相平衡化等多種控制方式；多功能自動化接口則具備遠方操作和自動化系統接口功能，可以實現無人值守。

　　晶閘管的觸發方式采用高位取能的光電觸發技術，該技術包括晶閘管觸發板電源取能技術，用于給觸發板提供工作電源，其能量取自高壓主回路晶閘管側，與二次控制回路電源無關，保證了主回路與控制回路嚴格隔離，工作時不受控制回路電源影響；晶閘管觸發技術則用于將控制系統發來的光觸發信號轉換為電信號送給高壓主回路晶閘管，控制其導通，工作時與控制回路沒有直接電的關聯；同時還具備靜態均壓、動態均壓、BOD等保護，增強了系統的抗干擾能力，實現了對晶閘管的有效保護。

　　4.3.1監測系統設計

　　SVC監測系統可以完成以下功能：監視裝置的啟動過程；實時采集并顯示系統的運行狀態；在線判斷系統故障狀態；記錄重要系統運行信息；為遠程計算機傳遞數據；系統長期運行狀態分析，生成電壓質量、諧波含量分析報告；系統調試期間錄波回顯，協助安裝人員快速查看系統狀態等。這些功能為SVC正常工作提供強有力的保障，因此，SVC的監測系統是采用內置數據采集卡的工控機為基礎，虛擬儀器LabVIEW為工具進行開發的。除了數據采集之外，監測系統還要負責和其他設備的通信以及遠程數據傳輸工作，采用高性能的工控機使得同時完成如此復雜的任務變得更加容易。

　　在本系統中采用PCI-6220數據采集卡對三相電壓、電流信號進行采樣處理，采樣頻率設定為10K，其它參數可根據實際應用情況進行相應改變，一般采取默認設置即可。在軟件處理過程中應用快速傅里葉變換（FFT）、諧波失真分析等，獲取電網的電能質量參數，進行相關的系統計算。監測系統界面如圖3所示，顯示項包括A、B、C三相有功功率、無功功率、功率因數，電壓與電流的基波幅值、頻率、有效值，直流分量等監測參數，單擊諧波監測和功率因數曲線的下拉菜單還可選擇所要監測的相應波形。

圖3電網監測主界面

　　4.3.2保護系統設計

　　SVC保護系統可以接收閥組側全部故障信號和閥組側較為重要的實時數據，并可根據數據信息和報警限值進行故障解析，解析出具體的故障類型和故障支路，然后將這些報警信息及閥組側的實時數據通過定制的通信協議傳送到DSP運算單元中，由DSP運算單元進行相應的處理，同時若系統出現嚴重故障時，保護系統可以發出閉鎖信號封鎖觸發脈沖，還可發出開關量信號控制I/O單元切除主回路高壓設備，從而很大程度的提高了SVC系統的安全運行系數。

　　5結束語

　　該套35KVSVC裝置投入運行后，實測表明試驗站各測試設備對供電系統電能質量干擾已被抑制到了一個較低的水平：

　　（1）對諧波吸收效果顯著，注人系統35KV側考核點的各次諧波電流都符合諧波國標要求，各測試設備引起35KV母線電壓總諧波畸變率降為2.5%，低于國標限值（3%）的要求。

　　（2）各種實驗裝置引起35KV母線電壓波動為1.6%，低于國家標準允許值(2%)的要求。

　　（3）35KV高壓無功補償裝置能將整個試驗站系統平均功率因數提高到0.96以上，不但不再受到電業部門的罰款，反而每月都有一定金額的獎勵。

　　達到了預期的補償目標，同時也解決了三相非對稱性及非線性負荷給電網帶來的公害。

　　35KV高壓無功補償裝置從設計、制作到調試，再到投運后達到并超過性能指標，系統安全可靠、整體合理，這些都標志了九州電氣無功補償裝置在高電壓技術領域的又一重大突破，對其拓展35KVSVC市場更是具有非常重要的意義。

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