静止无功补偿器SVG发展及应用

静止无功发生器SVG发展及应用I目录1.电能质量.........................................................................................................................................12.无功补偿.........................................................................................................................................12.1.FACTS简介.........................................................................................................................12.2.可调无功补偿技术方案......................................................................................................22.3.有源滤波与静止无功补偿技术..........................................................................................33.SVG介绍........................................................................................................................................53.1.静止无功发生器主电路的拓扑结构..................................................................................53.2.静止无功发生器的基本工作原理......................................................................................63.3.常见的几种无功电流检测方法..........................................................................................73.4.SVG和SVC优劣性比较...................................................................................................84.SVG的研究现状及发展趋势.....................................................................................................104.1.SVG的国内外应用实例..................................................................................................104.2.SVG发展趋势..................................................................................................................114.3.SVG应用范围..................................................................................................................1211.电能质量交流输电功率包括有功功率和无功功率。在有功功率不变的情况下，无功功率越大就会使功率因数降低，视在功率增大，从而需要增大发、输、配电设备的容量，增加投资和电力损耗费用；使输电线路电压降变大，不利于有功电力的输送与合理应用。但如果无功储备不足将会导致电网电压水平降低，冲击性的无功功率负载还会使电压产生剧烈的波动，恶化电网的供电质量。对于给定的有功分布，要想使无功潮流最小以减少系统的损耗，就要求对无功功率的流向与转移进行很好的控制。随着电网的不断发展，对无功功率进行控制与补偿的重要性与日俱增：①输电网络对运行效率的要求日益提高，为了有效利用输变电容量，应对无功进行就地补偿；②电源（尤其水电）远离负荷中心，远距离的输电需要灵活调控无功以支撑解决稳定性及电压控制问题；③配电网中存在大量的屯感性负载，在运行中消耗大量无功，使得配电系统损耗大大增加；④直流输电系统要求在换流器的交流侧进行无功控制；⑤用户对于供电电能质量的要求日益提高。因此，对电网的无功进行就地补偿，尤其是动态补偿，在输配电系统中十分必要。随着现代电力电子技术的发展，大量的大功率整流、变频装置应用于电力系统，由于这些设备大部分功率因数较低，在工作过程中需要大量的无功功率，给国家电网带来了很大的额外负担，直接影响到了电网的质量。电力电子装置本身还是一个谐波源，这些设备的大量应用使电网上的谐波污染日趋严重，严重影响了电力系统的供电质量，同时使系统留下严重的安全隐患。2.无功补偿2.1.FACTS简介柔性交流输电系统（以下简称FACTS）是美国电力研究所（ElectricPowerResearchInstitule，EPRI）N.G.Hnigornai博士于1986年首先提出。它具有控制速度快、控制灵活、可靠性高、可连续调节、可迅速改变潮流分布等优点。近年来成为电力系统稳定控制的一个重要研究方向。目前，主要的FACTS装置包括三大类。第一类为并联装置，如静止无功补偿器（StaticVarCompensator，SVC），它能够根据无功功率的需求自动补偿；静止无功发生器（StaticVarGenerator，SVG），它是最新出现的一种并联补偿装置，这是本文研究的主要对象。第二类为串联装置，如静止同步串联补偿器（StaticSynchronousSeriesCompensator，SSSC）、晶闸管控制串联电容器（ThyristorControlledSeriesCapacitor，TCSC）等。第三类为混合装置，如统一潮流控制器（UnitedPowerFlowConrtollor，UPFC）相间潮流控制器2（InterphasePowerController，IPC）等。图2.1无功补偿装置发展概况传统的静态无功补偿装置是无功补偿电容器，它具有结构简单、经济、方便等优点。但是，它的阻抗是固定的，不能跟随负荷无功需求变化，也就是不能实现对无功功率的动态补偿。且目前由于电力公司推行无功“返送正计”，即过补偿视为欠补偿，不可调的静态无功补偿会使功率因数大幅下降，所以要研究可调无功补偿技术。2.2.可调无功补偿技术方案近几年，结合国外的先进技术，我国在无功补偿与谐波综合治理提出了许多可调无功补偿方案，无论哪种方案，都是力求基波下补偿牵引负荷感性无功功率，提高功率因数，并滤除（或抵消）指定谐波。主要方案有：（1）真空断路器投切电容器。最大的优点是简单、投资省；缺点是合闸时，投切滤波支路有一个暂态的过程，会产生过电流过电压，影响电容器及串联电抗器的可靠运行；切除滤波支路时，触头上恢复电压较高，有开关重燃的可能，多次重复击穿时，电容器上产生很高的过电压，致使设备损坏。对电容器的投切冲击，IEC规定不超过1000次/年，加之开关寿命的限制，不能频繁投切，从而影响动态补偿效果。（2）固定滤波器＋晶闸管调节电抗器（TCR）。固定滤波器按谐波要求设计，反并联晶闸管与电抗器串联，通过改变晶闸管触发角来调节流过电抗器的感性电流，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流平衡，满足功率因数要求。优点是固定滤波器长期投入，需要的晶闸管数量少，响应速度快，调节性能好，缺点是TCR也产生谐波。（3）固定滤波器＋晶闸管调节变压器（TCT）。用高漏抗变压器代替方案（2）中的电抗器即得到这种补偿方案。由于高漏抗变压器制造麻烦，有功损耗大，这种补偿方案并没有得到广泛应用。（4）固定滤波器＋可控饱和电抗器。调节饱和电抗器的饱和程度来改变流入回路的感性3电流，使其与并联滤波器中多余的容性无功功率得以平衡，优点是固定并联滤波支路长期投入，不需投切，实现光滑可调，但同TCR一样要产生谐波，有损耗，噪声大。（5）晶闸管投切电容器（TSC）。按照一定的寻优模式，设计多组某次或某几次滤波器，基波下各支路呈容性，分级改变补偿装置的无功出力；滤波器某次谐波下偏调谐，兼滤该次谐波。优点是损耗小，结构简单，速度响应快，不产生谐波，可以实现过零投切，不会产生像真空形状那样严重的过电压，缺点是每级都配相应的晶闸管，滤波效果受系统特性和投入组数的影响，一次性投资大。（6）固定滤波器（FC）＋调压电容器（TC）＋调压电抗器（TL）。通过调节降压变压器低压侧的母线电压来调节连接在低压母线上的滤波器或电抗器的电压，从而改变其无功出力。调节时，用晶闸管通断，分接开关无载调节，可充分利用分接开关的机械寿命（达50－100万次）和晶闸管的电气寿命（理论上不受限制）。在实际应用中，也可加装FC来提供稳定的无功功率和实现滤波。（7）有源补偿器。使用电力电子装置产生与负荷中谐波电流、负序电流相位相反的电流，使其相互抵消来满足电源的总谐波、无功电流的要求。这种方案补偿灵活，调节速度快，不会与系统发生谐振，但因电力电子设备价格昂贵，尚未得到广泛应用。（8）无源补偿器＋有源补偿器。采用有源滤波器产生与负荷中谐波电流相位相反的谐波电流，使其相互抵消来满足电源的总谐波电流的要求。比较成功的是无源、有源混合滤波器，它能扬长避短，充分利用无源补偿的大容量和有源补偿的灵活性、可控性，但其结构复杂、造价高、运行费用高。这一技术正在研究阶段。2.3.有源滤波与静止无功补偿技术近年来国内外有关单位对装设补偿装置综合治理电能质量的问题进行了广泛的研究和试验，提出了许多方案，其中有的方案已在现场实施投运。其中研究比较多的是有源滤波和静止无功补偿技术。所谓静止无功补偿，是指不用旋转元件而用不同的开关投切电容器或电抗器，使其具有吸收和发出无功电流的能力，用于提高电力系统的功率因数，稳定系统电压，抵制系统振荡等功能。静止无功补偿装置主要有晶闸管控制电抗器（TCR；ThyristorControlledReactor）、晶闸管投切电容器（TSC：ThyristorSwitchedCapacitor），这两种装置统称为SVC（StaticVarCompensator），还有基于可关断器件的静止无功发生器（SVG：StaticVarGenerator）（1）晶闸管控制电抗器（TCR）两个反并联的晶闸管与一个线性电抗器相串联，其单相原理图如图2.2所示，其三相多接成三角形。当触发角α=90°时，晶闸管全导通，此时电抗器吸收的无功电流最大；当触发角α=180°时，导通角σ=0°，此时电抗器无功电流为零。4图2.2TCR补偿原理导通角与补偿器等效导纳之间的关系为：（2.2）触发角与导通角的关系为：（2.2）根据式（2.1）、（2.2）可知增大触发角α即可减小导通角σ，从而减小补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波分量，所以通过触发角的大小就可以改变补偿器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果。由于单独的TCR只能吸收无功功率，而不能发出无功功率，为了解决此问题，可以将并联电容器与TCR配合使用，构成静止无功补偿器SVC（FC+TCR）。（2）晶闸管投切电容器（TSC）为了解决电容器组频繁