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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
1．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。

2．关键词：静止补偿器，静止无功发生器和吸收器，无功补偿，SVC
3．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(StaticVarCompensation，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（TCR＋FC）、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TCR＋FC
TCR通过调节晶闸管的触发角α，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1TCR＋FC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MCR＋FC
MCR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，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5MCR＋FC基本组成
3SVC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：
4.1SVC 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。

4.1.2 TCR 支路主要由SF6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。

4.2SVC 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。

4.2.1SVC 稳态控制规律
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：
对时间窗内电压差值的递推计算，获得500kV 电压差值平均值ΔV ，ΔV 与通过后台整定的电压死区ε进行比较。

自动调节投切35kV 电容器组或电抗器组的判据：
● 若大于电压控制死区，即ΔV>ε，则投入一组电抗器或切除一组电容器； ● 若小于电压控制死区，即ΔV<-ε，则投入一组电抗器或切除一组电容器； ● 若在电压控制死区范围内，即-ε≤ΔV ≤ε,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：
● 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
● 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；
洪沟500kV 参考电压Vref
稳定 500kV 电压
● 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
● 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：
● 若需要投入电抗器或切除电容器，而电抗器支路已投入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 ；
● 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：
● 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ΔV 自动清零。

4. 2.2SVC 动态控制规律
动态下SVC 控制框图如下所示
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0~120Mvar 平滑感性无功输出。

4.3SVC 运行方式
洪陈1、2洪沟500kV 感性
4.2.1 SVC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。

4.2.2 SVC装置各支路正常情况下，SVC监控及调节系统自动投入和退出SVC各支路的顺序：
SVC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）；
SVC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。

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。

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装置的运行方式
（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500kV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11:07:41，500kV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，500kV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，1组并联滤波器，TCR感性无功工作点为额定容量的80%，约9Om乏，洪陈1、2线线路输送的有功功率各70mw。

（1）对地短路试验发生瞬间，洪沟变电站500kV母线C相相电压跌落至0.7pu，持续时间约40ms，在随后的20ms内逐渐恢复到短路前水平。

A相和B相电压变化较小。

（2）对地短路试验发生后15ms，SVC装置中TCR支路电流立刻减小到近于零，持续时间约40ms，随后逐渐恢复到短路前水平。

（3）对地短路试验瞬间洪板I和洪板II线路三相电流中A相、C相均激增，持续时间约40~60ms，随后恢复到短路前水平。

（4）对地短路试验后没有出现明显的振荡现象。

验证了SVC装置对川渝电网500kV线路大扰动的暂态响应行为完全正确，在故障发生后20ms内，SVC将原工作点90Mvar
的容性动态无功储备全部释放，对系统产生较大的快速电压无功支撑作用，稳定了洪沟500kV 母线电压，阻尼了洪陈I~洪陈II线路上的功率突增，其动态响应时间在10~20ms以内。

5.结论
SVC无功补偿装置，目前应用比较广泛，但由于损耗大，自身谐波较多，技术上较为先进，对其采用先进的智能控制方法，可以使该方法得到最佳的补偿性能，是目前世界上各先进工业国家和国内科研机构普遍重视的课题。

通过对川渝电网的仿真计算，洪沟加装SVC（120MVar）对系统影响如下表：
故为保证电网质量，提高电网输出功率，应该在电网内积极使用SVC。