矿用隔爆型动态无功补偿装置(SVG、TSC)的原理介绍及优缺点比较-1

矿用隔爆型动态无功补偿装置（SVG、TSC）

原理介绍及优缺点比较

一、原理简介

1、静止无功发生器SVG（Static Var Generator）

SVG的基本原理是，将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上。电压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分，其中逆变桥由全控型可关断的半导体器件IGBT组成。

BJS-500/1140型SVG原理简图

工作中，通过调节逆变桥中IGBT器件的开关，可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位，因此，整个装置相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实时高功率因数运行。

上图为SVG原理图，将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。表1给出了SVG三种运行模式的原理说明。

表1 SVG的三种运行模式

运行模

式

波形和相量图说明

空载运

行模式

UI = Us，IL = 0，SVG不吸发无功。

容性运行模式UI > Us，IL为超前的电流，其幅值可以通过调节UI来连续控制，从而连续调节SVG发出的无功。

感性运行模式UI < Us，IL为滞后的电流。此时SVG吸收的无功可以连续控制。

SVG在中低压动态无功补偿与谐波治理领域得到越来越广泛的应用，其具有以下重要功用：

● SVG可以补偿基波无功电流，补偿后功率因数可达到0.95以上，使被补偿网络的线电流下降30%以上，大大减小线路损耗，提升移动变压器带载能力，节能效果明显。

● SVG通过补偿基波无功电流，有效降低被补偿网络的无功突变，减小网络电压波动，抑制闪变，使供电电压更加平稳。

● SVG同时也具有有源滤波功能（APF），可对谐波电流进行补偿，能有效抑制被补偿网络中的5、7、11次谐波。

2、晶闸管投切电容器TSC（Thyristor Switched Capacitor）

TSC的基本原理是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；滤波器某次谐波下调谐，滤该次谐波。设备主要由隔离开关，投切装置，电力电容，串联电抗器组成，其中投切装置由开关型半导体器件晶闸管（晶体闸流管的简称，俗称可控硅）组成。

某些老式设备采用接触器投切电容器（MSC），目前已逐步淘汰。

按1248组合投切的TSC原理简图

目前井下隔爆型TSC多按照1248组合投切，电抗率6%设计为5次支路，谐振点在204Hz左右，因偏离谐振点太多，仅起到并联电容补偿作用，主要提供容性无功进行无功补偿，滤波能力较差。

TSC分组可调补偿是根据负荷实际运行无功量，按照一定的投切策略跟踪负荷变化进行投切动作。该型设备由若干组并联的晶闸管阀组控制，以实现快速无触点的投切。这种型式的补偿装置只能实现容性无功功率的阶跃调节，其调节的精度取决于电容器的组容量及分组数。为使有限组数的电容器得到尽可能多的容量组合，一般各组容量并不取为全部相等。

因电容充放电在电容上的电荷积累提升了晶闸管两端的电压降，晶闸管将承受高于系统的电压。工程中如考虑不充分，易损坏。为了提高运行的可靠性，防止电容器和晶闸管损伤，TSC采取过零投切操作。

二、两种类型补偿装置的优缺点比较

1、响应时间

SVG采用新型电力电子器件IGBT，打开和关闭可控，其开断时间小于10us；而TSC采用晶闸管打开可控，关闭依靠电压反向时自行关闭，因此其开断时间

10ms，相差1000倍，从器件角度SVG已具有本质性优势。

此外，电容器投入时必须考虑其放电情况，以避免因电荷累积使电容电压提升，造成电容器组的损坏，需以牺牲跟踪精度来保护设备安全。这样由于受电容器的放电时间的限制，在工程应用中实际的响应时间为秒级。

而SVG 响应时间小于5ms。

因此，在响应时间上SVG设备具有无可比拟的优势，而该指标对抑制电压波动具有决定性的意义。在电压波动频繁时，TSC会因其响应时间滞后，无法及时投切而存在恶化电网电能质量的可能。

2、调节方式

SVG的调节方式为无级调节，其最小补偿量可精确到0.1kvar，确保无功补偿平滑，无波动。

TSC的调节方式为有级调节（一般分4级，按1248比例组合），其补偿容量呈阶跃式增加，设备投切时，其最小补偿变化量为30kvar，此补偿方式会造成对电网的冲击，是以瞬间恶化电能质量为代价换取长时间单位内的平均提升。

而无功变化量ΔQ的大小与电网电压的波动成正比，即单位时间内无功变化量越小，对网压的波动影响越小。

3、补偿容量

SVG具有自适应型，随外部参数变化，自动调整补偿容量，可保证满容量输出，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。

TSC输出容量受电网电压影响，其输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。

因此，TSC型无功补偿设备存在本质性缺陷，即网压越低，需要的容性支撑力度越高，而TSC提供的补偿能力却越低，满足不了补偿要求。

同时，SVG具备全容量输出能力，如BJS-500/1140型SVG，可完全输出标称的±500Kvar容量，并具有过载20%的能力。而TSC型设备，电容的额定电压要高于电网运行电压，因此其补偿容量小于其安装容量，即输出容量小于标称容量，如WBB-640/1140型TSC，其安装容量为640Kvar，补偿输出容量一般只有450Kvar。近似规格的同类型设备其实际补偿能力小于SVG。

4、补偿范围

SVG本身既可以发感性无功，也可以发容性无功，其双向补偿能力可以适用于各种类型的负载；无论针对感性电机负荷，还是电缆容性对地充电无功，均具有完美的补偿能力。

TSC本身只可以发容性无功，仅具有对感性负荷的补偿能力。

5、滤波效果