FC、TSC、SVG对比分析(主要无功补偿方式分析).
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。
无功补偿分别有几种补偿方式？各自有哪些优点和缺点？
无功补偿分别有几种补偿方式？各自有哪些优点和缺点？1. 基本概念无功补偿是一种电力调节方式，是在电力系统发生无功电流时，通过增加或减少无功的注入，来达到提高电力系统的功率因数和电力质量的目的。
无功补偿主要采用补偿电容、电感或制动矩等设备，实现在电力系统中合理地消耗或产生无功功率。
2. 无功补偿方式2.1 静态补偿方式静态补偿方式指的是通过静态无功补偿器（SVC）或静态无功发生器（SVG）等设备来实现无功补偿的方式。
静态无功补偿器是一种装有补偿电容、电感器和可控电抗器等设备的电子器件，用于在有功功率不变的情况下实现无功补偿。
静态无功发生器是一种无旋转部件的电气设备，通过控制电路中电容器的电压和电流大小，来产生或吸收无功电力。
2.2 动态补偿方式动态补偿方式指的是通过能够根据控制信号动态调整输出无功功率的设备进行无功补偿。
常见的动态补偿器包括柔性直流输电（FACTS）设备和动态无功补偿器（D-STATCOM）等。
常见的无功补偿方式有：1.SVC：静态无功补偿器常用于负荷变化较大的地方，可以快速响应电网的无功补偿要求，补偿近期的负荷变化，实现电压稳定，但是电容器的使用寿命相对较短，而且电力质量受制于调制器的精度。
2.SVG：静态无功发生器在与静态无功补偿器相比，具有良好的控制性能和适应性。
其优点在于不含有电容器元件，故无需考虑元件的使用寿命。
而缺点在于，与静态无功补偿器相比，相同功率的SVG体积和重量都要大得多，给配电和输电系统的构造带来一定的限制。
3.D-STATCOM：动态无功补偿器是一种可控制的交流电压源，用于消除电力系统中的电力质量问题。
D-STATCOM不需要向电网提供有功功率，可以对负载造成极小的影响。
同时，D-STATCOM十分精确地响应电网电压的变化，有着显著的电力质量改善效果。
其缺点是，需要使用有源元器件，成本相对较高。
4.基于FACTS设备的无功补偿方式：FACTS设备是一种综合型电力调节设备，通过改变输电线路等电参数，可以在电力系统中实现无功补偿的功能。
MCR、TCR、SVG比较
现在主要的动态补偿方式为TCR型SVC、MCR型SVC和SVG三种方式，以下分别介绍这三种动态无功补偿方式的原理，并且通过占地面积、响应速度、损耗、噪音等性能指标来论述这三种补偿方式的特点。
一、 MCR型动态无功补偿装置MCR+FC型动态无功补偿装置上世纪60年代由英国GEC公司制成第一台自饱和电抗器型SVC，后期俄罗斯人演变为可控饱和电抗器（CSR）型，也可称为MCR型动态无功补偿装置。
其原理是三相饱和电抗器的工作绕组并联在电网上，通过改变饱和电抗器的直流控制绕组的励磁电流，借以改变铁心的饱和特性，从而改变工作绕组的感抗，达到改变其所吸收的无功功率的目的。
图九 MCR无功补偿原理磁阀式可控电抗器的主铁心分裂为两半（即铁心1和铁心2），截面积为A,每一半铁心截面积具有减小的一段，四个匝数为N/2的线圈分别对称地绕在两个半铁心柱上（半铁心柱上的线圈总匝数为N），每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ= N2 / N 的抽头，它们之间接有晶闸管KP1 ( KP2 ),不同铁心上的上下两个绕组交叉连接后，并联至电网电源，续流二极管则横跨在交叉端点上。
在整个容量调节范围内，只有小面积段的磁路饱和，其余段均处于未饱和的线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变电抗器的容量。
在电源的一个工频周期内，晶闸管KP1 、KP2 的轮流导通起了全波整流的作用，二极管起着续流作用。
改变KP1 、KP2 的触发角便可改变控制电流的大小，从而改变电抗器铁心的饱和度，以平滑连续地调节电抗器的容量。
占地面积由于MCR没有像TCR一样采用晶闸管阀组以及空心相控电抗器，而是采用晶闸管控制部分饱和式电抗器，因此，比TCR面积要小。
响应速度MCR型SVC的响应速度一般在100 ~ 300ms之内。
可控式饱和电抗器铁芯内的磁通有惯性，从空载到额定的变化，一般在秒级以上。
虽然现在也可采取一些措施提高MCR型SVC的响应速度，但一般也很难低于150ms。
静态、动态补偿的比较
) 使供电母线的电压产生波动，降低机电设备的运行效率。
供电母线电压产生波动时，将使用户的异步电机类负荷转矩随之变化，输入负荷的有功功率下降，影响生产和设备的出力。
) 特别是变蘋设备的率与电压平方成正比，当电压降低时，大大降低了设备的效率，生产效率下降，同时增加成本。
) 快速无功冲击引起母线电压剧烈波动，严重时影响自动化装置的正常工作，闪变将造成设备的二次启动，产生比正常运行大十几倍的电流，危及人身及设备安全。
.2 低功率因数将导致如下不良影响）根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应大于0.9以上，否则，用户将遭受低功率因数罚款，直接影响企业的经济效益。
）低功率因数负载从系统吸收大量无功功率，增加了线损和变压器的损耗。
）由于供电变压器同时通过有功功率和大量的无功功率，降低了变压器的供电能力。
低功率因数运行的电网，增加了系统的有功功率、无功功率，增加了供用电成本。
直接影响企业的经济效益。
.3 谐波电流对电气设备的危害，) 谐波对旋转电机的影响谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压。
) 谐波对供电变压器的影响谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降影响绝缘寿命。
) 谐波对变流装置的影响交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备。
) 谐波对电缆及并联电容器的影响，当产生谐波放大时，并联电容器，将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。
) 谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差。
) 谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。
谐波及无功冲击导致的电压波动。
严重影响用户本身及电网用电设备的安全运行，降低了供电电网的电能质量。
特别是电压波动超标，引起供电系统电能质量的变化将会对其他动力负荷产生严重影响，甚至造成其不能正常工作。
FC、TSC、SVG对比分析(主要无功补偿方式分析).
几种无功补偿方案的对比分析荣信电力电子股份有限公司二、补偿方案选择1. 固定并联电容补偿①固定无功补偿方案是补偿无功功率的常规方法。
装置具有结构简单、经济方便等优点，其补偿无功的容量是设计根据计算的平均负荷大小而确定的，是一个不可调的固定量，通常由电抗器和电容器串联组成，其功能主要是补偿负荷产生的感性无功，并对三次谐波有一定的抑制作用。
一般采用机械开关控制电容器的投切，投切时的冲击电流和操作过电压大，易发生谐振，因此不能频繁投切。
由于固定补偿装置的补偿容量不能随负荷而变化，“欠补”和“过补”交替发生，计费方式又为“反转正计”，使得变电所平均功率因数达不到0.9的要求，造成力率罚款，并使供电设备的能力不能充分发挥。
目前我国普遍采用的方案是在变电所设置固定电容并联补偿。
该方案主要问题是在无负荷和轻负荷的区段，过补偿十分突出，投入固定并联补偿电容后，功率因数比不投时还低，无法达到经济功率因数的要求，变电所因功率因数大幅下降，而遭受巨额罚款，固定电容器补偿还会导致空载时电压抬升，反而恶化电压质量。
②从以上分析结论可知，变电所采用固定补偿方案解决不了功率因数问题，不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功，所以不具备抑制谐波和电压波动。
要解决功率因数问题，抑制谐波和电压波动，必须放弃固定补偿方案，寻求新的补偿方案。
2 自动投切并联电容器组并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用，一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，由手工进行投切，每天的投切次数不超过10次。
自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，其投切次数可达每天数十次，甚至数百次。
其工作特点如下：响应速度刚切除后的电容器组，需待放电完全后才能再次投入，至少需要数十秒以上。
损耗只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小。
约在0.1%左右。
谐波电流不产生也不滤除谐波电流。
三相不平衡并联补偿电容器组是三相完全平衡的，因此不能改善不平衡度。
动态补偿和静态补偿
动态补偿与静态补偿在我们的供配电系统当中，无功功率对供配电系统和负载的安全、有效的运行，是非常重要的。
在电力系统中，大部分变电设备和用电设备的阻抗是感性的，也就意味着它们需要消耗无功功率，很显然，这些无功功率通过供电系统由发电机提供并且通过长距离的传送是非常不合理的，在大容量的系统中也是不可能的，所以，合理的方法就是在需要无功功率的地方向系统提供无功，即我们平时所说的无功补偿。
无功补偿在系统中是必不可少的，它的主要作用是提高供配电系统的功率因数，从而提高输电设备和变电设备的利用率，提高用电效率，降低用电成本；另外，在长距离输电线路中，在合适的地点加装动态无功补偿装置，还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力，稳定受电端及电网的电压。
产生无功功率的方法有三种：1、早期的典型代表为同步调相机，体积庞大造价高，已渐渐淘汰；2、第二种是并联电容器的方法，主要的优点是成本低，易于安装使用，但是需要根据系统可能存在谐波等电能质量问题，根据不同用户的供电情况、负荷情况、电压等级等条件，进行设计；串联电抗器的电容器补偿装置是提高功率因数Z广泛的一种方式，当用户系统负荷为连续性生产，负载变化率不高时，一般建议采用FC的固定补偿方式，也可以采用由接触器控制的分步投切的自动补偿方式（例如50kvar、100kvar、200kvar、600…），这个对于中压、低压供配电系统都适用；主要应用在大部分的用电场所，石油化工、水处理、公共建筑、水泥、造纸等。
当负荷变化较快，或者为冲击性负荷时，需要快速补偿，例如橡胶行业的密炼机，通常在1-2分钟内系统对于无功功率的需求从0kvar上升至1500kvar，然后又下降至0kvar。
但是由于一般的无功自动补偿系统所采用的电容器，从运行状态断开，退出电网后，在电容器的两极之间存有残压，残压的大小无法预知，需要1-3分钟的放电时间，所以再次投入电网的间隔至少要等到残压通过电容器内部的放电电阻消耗至50V以下时才能进行第二次投入使用，所以无法做到快速响应；另外，由于系统存在大量谐波，由电容器串联电抗器组成的LC调谐式滤波补偿装置需要大容量的投入来保证电容器的安全，但是同时也有可能造成系统过度补偿，呈容性；于是，也就有了通常所说的静止功补偿装置：（SVC---Static Var Compensator）诞生了，其典型的SVC代表是由TCR（Thyristor Controlled Reactor）+FC（Fixed Capacitor）组成的，即晶闸管控制电抗器+固定电容器组（通常需要串联一定比例的电抗器），静止无功补偿装置的重要性是它能够通过调节TCR中晶闸管的触发延迟角来连续调节补偿装置的无功功率；SVC这种补偿形式目前主要在中高压配电系统中应用，对于负载容量大、谐波问题严重、冲击性负荷、负载变化率高的场合特别适用，例如钢厂、橡胶、有色冶金、金属加工、高铁等；除了SVC，还有TSC（Thyristor Switch Capacitor），即晶闸管投切的电容器组，采用晶闸管来代替接触器的快速投切方式，主要使用在低压配电系统，例如焊接设备特别多的汽车制造、造船、机械加工等；MCR（Magnetic Controlled Reactor）即磁阀式可控电抗器，通常与FC配合使用。
FC、TSC、SVG对比研究(主要无功补偿方式研究)
几种无功补偿方案的对比分析荣信电力电子股份有限公司二、补偿方案选择1. 固定并联电容补偿①固定无功补偿方案是补偿无功功率的常规方法。
装置具有结构简单、经济方便等优点，其补偿无功的容量是设计根据计算的平均负荷大小而确定的，是一个不可调的固定量，通常由电抗器和电容器串联组成，其功能主要是补偿负荷产生的感性无功，并对三次谐波有一定的抑制作用。
一般采用机械开关控制电容器的投切，投切时的冲击电流和操作过电压大，易发生谐振，因此不能频繁投切。
由于固定补偿装置的补偿容量不能随负荷而变化，“欠补”和“过补”交替发生，计费方式又为“反转正计”，使得变电所平均功率因数达不到0.9的要求，造成力率罚款，并使供电设备的能力不能充分发挥。
目前我国普遍采用的方案是在变电所设置固定电容并联补偿。
该方案主要问题是在无负荷和轻负荷的区段，过补偿十分突出，投入固定并联补偿电容后，功率因数比不投时还低，无法达到经济功率因数的要求，变电所因功率因数大幅下降，而遭受巨额罚款，固定电容器补偿还会导致空载时电压抬升，反而恶化电压质量。
②从以上分析结论可知，变电所采用固定补偿方案解决不了功率因数问题，不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功，所以不具备抑制谐波和电压波动。
要解决功率因数问题，抑制谐波和电压波动，必须放弃固定补偿方案，寻求新的补偿方案。
2 自动投切并联电容器组并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用，一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，由手工进行投切，每天的投切次数不超过10次。
自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，其投切次数可达每天数十次，甚至数百次。
其工作特点如下：响应速度刚切除后的电容器组，需待放电完全后才能再次投入，至少需要数十秒以上。
损耗只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小。
约在0.1%左右。
谐波电流不产生也不滤除谐波电流。
三相不平衡并联补偿电容器组是三相完全平衡的，因此不能改善不平衡度。
低压无功补偿技术对比
低压无功补偿装置技术对比目前国内低压无功补偿装置的主要技术种类有：接触器投切、复合开关投切、SVG、TSVC，因接触器投切的技术已被淘汰，下面将主要就后三种技术的区别及使用特点进行介绍:1.低压复合开关投切电容器组低压复合开关是最新一代低压无功补偿装置中电容器的投切开关，是一种智能化的环保节能型控制执行部件，针对可控硅和交流接触器在低压无功补偿应用方面存在的先天不足而精心研制开发的最新科技成果。
传统的可控硅投切电容器组为无触点投切开关，具备投切速度快，可实现过零投切，投切涌流少，投切时无火花产生，后期维护少等特点。
但是可控硅为半导体原件，运行时发热量大，对设备散热有较高的要求。
接触器作为传统的电容器投切装置，设备简单，投资小。
但是因为接触器自身的的特点，经过一段时间的运行后，接触器就需要进行维护，更换。
个别情况下还容易出现接触器触头黏合的情况。
且接触器自身的投切速度较慢，投切涌流大，不适合复合频繁变化的环境下使用。
复合开关的基本工作原理是将可控硅开关与磁保持继电器并接，实现电压过零导通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅开关过零投切的优点，而在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。
其实现方法是：投入时是在电压过零瞬间可控硅先过零触发，稳定后再将磁保持继电器吸合导通；而切出时是先将磁保持继电器断开，可控硅延时过零断开，从而实现电流过零切除。
该产品与交流接触器、可控硅或固态继电器等开关元件相比较有较大的技术优势。
主要优点是接到外部控制信号后，通过逻辑判断，自动寻找最佳投入(切除)点；保证过零投切，无涌流；触点不烧结；能耗小；无谐波注入；避免了电容器运行时投入可控硅持续发热的问题，又避免了接触投切触点容易烧结，后期维护量大的问题。
具有极高效低耗，环保节能，尤其是在涌流和安全可靠性方面性能大大提高。
但是该产品在运行时因为要通过频繁的投切电容器组，来改变电容器的补偿量，无法设计滤波支路来有效的抑制谐波（滤波支路的误投与误切容易造成谐振，引起谐波放大）。
FCTSCSVG对比分析报告
FCTSCSVG对比分析报告
首先，FC是一种高压缩率的图形格式，它能够将图形文件压缩到很
小的体积。
这对于存储大量图形文件来说非常有用，特别是在存储容量有
限的设备上。
FC格式的压缩率能够达到甚至超过90%，这意味着它可以极
大地减小文件的大小，节约存储空间。
然而，由于高度的压缩，FC格式
可能会丢失一些图像细节，导致图像质量下降。
相比之下，TSC是一种无损压缩的图形格式。
这意味着TSC格式可以
压缩图形文件，同时不会丢失任何图像细节。
因此，TSC格式适用于对图
像质量要求较高的应用场景，例如打印和出版。
此外，TSC格式还支持多
通道色彩空间，可以存储更丰富的图像信息。
然而，由于无损压缩的特性，TSC格式的文件大小通常会比较大，相比于FC格式，它需要更多的存储
空间。
对比TCR-SVC、MCR-SVC与SVG等无功补偿设备优缺点。
静止无功发生器(SVG)又称静止同步补偿器(STATCOM).●主要器件：断路器、变压器、逆变器、电容器。
●核心器件：IGBT●功能：维持系统电压恒定、谐波治理、抑制电压闪变。
●优点：可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应，补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需储能元件的容量不大，且补偿无功功率的大小可以做到连续调节；不会引起谐振短路；可以吸纳无功；精准电压控制（该装置除了可以按照功率因数或者无功功率控制之外，还可以按照电压幅值来控制，确保用户获得的电压的平稳性，降低电压纹波）；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；且可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。
●缺点：目前仅在大容量区域变电所使用，造价高昂。
●适用场合：适用于大容量无功补偿的枢纽变电站。
SVC-MCR●主要器件：FC+MCR●FC+MCR投切方式：FC固定投切，通过控制晶闸管的导通角来控制流过铁芯的磁通，磁通的强弱直接决定了铁芯的饱和程度，从而最终实现对电感值大小的控制。
●优点：MCR型可调电抗器的容量调节不需要大功率晶闸管阀组，占地面积小，结构简单。
采用磁控式，使整个SVC系统可靠性极高，20年免维护。
●缺点：MCR本体为油浸电抗器:这样容易造成MCR的维修不方便，并且维护成本高;MCR运行噪声大，对变电站的运行环境产生噪声污染;MCR 能耗大:MCR采用饱和电抗器技术，铁芯损耗非常大。
虽然现在的MCR 改良以后采用部分铁芯饱和技术，但是其能耗依然很大。
就依靠目前先进的制造技术，MCR的能耗依然不低于2%.SVC-TCR主要器件：FC+TCR●FC+TCR投切方式：FC固定投切，可控硅调节相控电抗器投入比例。
●冷却方式：水冷、风冷。
●功能：补偿电网感性无功，FC吸收电网中特定频段谐波电流，部分减小无功冲击造成的电压波动与闪变。
●优点：动态跟踪无功变化，跟踪速度可达20ms，不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切。
电容器投切方式比较分析 (1)
电容器投切方式比较分析关键词：静止无功补偿装置静止无功发生器晶闸管开关可控硅开关复合开关近年来，随着对供电质量要求的不断提高和节能降耗的需要，无功补偿装置的使用量快速增长。
随后各种不同无功补偿装置不断研发推出应用，如：静止无功补偿装置SVC、静止无功发生器SVG、晶闸管投切电容装置TSC等。
但由于技术成熟悸或投入大等各种因素影响，目前使用范围最广，投入成本低，最易普及的仍是低压无功补偿装置。
本文仅对目前国内存在的几种类型的低压电容投切装置的性能及优缺点进行分析，供用户和设计人员参考，以达到合理使用、提高企业经济效益、节约资源的效果。
一、性能比较目前，国内的电容投切装置所采用的开关元件可以分为三大类：1、机械式接触器投切电容装置（MSC）接触器投入过程中，电容器的初始电压为零，触点闭合瞬间，绝大多数情况下电压不为零、有时可能处在高峰值（极少为零），因而产生非常大的电流，也就是常说的合闸涌流。
实验表明合闸涌流严重时可达电容器额定电流的50倍。
这不仅影响电容器和接触器的寿命，而且对电网造成冲击，影响其它设备的正常工作。
因此，后来采用串接电抗器和加入限流电阻来抑制涌流，这虽然可以控制合闸涌流在额定电流的20倍以内，但从长期运行情况来看，其故障率仍然非常高，维修费用较高。
总的实践应用反映，其性能如下：优点：价格低，初期投入成本上升少，无漏电流缺点：涌流大，寿命短，故障多，维修费用高2、电子式无触点可控硅投切电容器装置（TSC）可控硅投切电容器，是利用了电子开关反应速度快的特点。
采用过零触发电路，检测当施加到可控硅两端电压为零时，发出触发信号，可控硅导通。
此时电容器的电压与电网电压相等，因此不会产生合闸涌流，解决了接触器合闸涌流的问题。
但是，可控硅在导通运行时，可控硅结间会产生一伏左右的压降，通常15KV AR三角形接法的电容器，额定电流22A，则一个可控硅消耗功率约为22W。
如以一个150KV AR电容柜来算，运行时可控硅投切装置消耗的功率可达600W，而且都变成热量，使机柜温度升高。
高速铁路电力供电系统10kV长电缆线路补偿方式分析
高速铁路电力供电系统10kV长电缆线路补偿方式分析高速铁路电力供电系统10kV电力线路综合贯通线大多采用电缆线路，这种电缆线路电容值较大，导致沿线电压升高、功率因素降低，影响供电质量，需要进行无功补偿。
文章介绍了各种无功补偿方案，分析各种方案的适用场所，得出了高速铁路电力供电系统10kV长电缆线路适合的无功补偿方式。
标签：高速铁路；电力线路；无功补偿；SVG高速铁路电力供电系统10kV电力线路综合贯通线大多采用电缆线路，这种电缆线路电容值较大，导致沿线电压升高、功率因素降低，影响供电质量，需要进行无功补偿[1]。
由于电缆电容分布特征和系统运行状态的复杂性，补偿方案有集中补偿、分散补偿，固定补偿与动态补偿，也有综合应用方案。
补偿参数也需要计算分析确定。
1 补偿方式采用分散补偿方案时，电抗器沿线路分散设置，有利于提高线路上的电能质量，降低线路损耗，但维修、检查、巡视等工作量大，增加运营维护工作量和成本，不利于减员增效。
采用集中补偿方案时，补偿设备集中在配电所设置，设备数量减少，检修维护和巡视等工作都在配电所进行，能够减少运营维护难度和工作量。
铁路区间负荷较小，电缆容性负荷所占比例较大。
并且不同时间不同运行方式负荷电流变化较大，线路容性电流会随着负荷变化而变化。
采用固定补偿或者电抗器分组投切，难以有效跟踪系统参数的变化，补偿效果不理想[2]。
采用过补偿方式，负荷增加进一步增加感性补偿效果，需要较大的设备安装容量。
如果欠补偿，一条贯通线停电，另一条贯通线的负荷急剧增加，补偿效果会迅速由容性无功变为感性无功，仍然会出现较低的功率因素，还会发生谐振的问题。
所以，一般采用固定补偿和动态补偿相结合，实现精确补偿。
固定补偿采用电抗器实现，动态补偿有不同的技术形式。
目前主要有SVG 和SVC两类，两者的主要区别在于SVG是电流发生器，是有源装置，SVC是补偿器，是无源装置。
SVG即静止无功发生器，采用IGBT技术，有源补偿，具有影响速度快、可靠性高的优势，还可以跟踪补偿基波和各次谐波[3]。
无功补偿SVG,SVC,MCR,TCR,TSC的区别概要
无功补偿SVG、SVC、MCR、TCR、TSC区别TSC TCR型SVC MCR型SVC SVG吸收无功分级连续连续连续响应时间20ms 20ms100ms 10ms运行范围容性感性到容性感性到容性感性到容性谐波受系统谐波影响大，自身不产生谐波受系统谐波影响大，自身产生大量谐波受系统谐波影响大，自身产生较大量谐波受系统谐波影响小，可抑制系统谐波受系统阻抗影响大大大无损耗小大较大小分相调节能力有限可以不可可以噪声较小较小小体积（同等容量）大大较大小TSC：晶闸管投切电容器，采用无源器件（电容器）进行无功补偿，分级补偿，不能实现连续可调。
TCR：晶闸管控制电抗器。
MCR:磁控电抗器，与TCR类似，需要和电容柜配合实现动态无功补偿，可实现连续可调。
SVC：静止无功补偿装置，采用无源器件进行无功补偿的技术总称，包括：TSC、TCR等，“静止”是与同步调相机对应，一般来说将使用晶闸管进行控制的补偿装置成为“SVC"。
SVG：静止无功发生器，采用电能变换技术实现的无功补偿。
SVG与其它的最大区别在于能主动发出无功电流，补偿负载无功电流。
而其它均为无源方式，依靠无源器件自身属性进行无功补偿。
静止无功补偿器(SVC) 与静止无功发生器(SVG)有什么异同?静止无功补偿器(SVC)该装置产生无功和滤除谐波是靠其电容和电抗本身的性质产生的。
静止无功发生器(SVG)该装置产生无功和滤除谐波是靠其内部电子开关频繁动作产生无功电流和与谐波电流相反的电流。
相关知识静止无功补偿器又称SVC，传统无功补偿用断路器或接触器投切电容，SCV用可控硅等电子开关，没有机械运动部分，所以较静态无功补偿装置。
通常的SVC组成部分为1.固定电容器和固定电抗器组成的一个无功补偿加滤波支路该部分适当选择电抗器和电容器容量，可滤除电网谐波，并补偿容性无功，将电网补偿到容性状态。
2.固定电抗器3.可控硅电子开关可控硅用来调节电抗器导通角，改变感性无功输出来抵消补偿滤波支路容性无功，并保持在感性较高功率因数。
常见无功补偿装置及SVG的特点
4.4.4 无功补偿常见设施TSC：晶闸管投切电容器，采纳无源器件（电容器）进行无功补偿，分级补偿，不能实现连续可调。
TCR：晶闸管掌握电抗器。
MCR：磁控电抗器，与TCR类似，需要和电容柜协作实现动态无功补偿，可实现连续可调。
SVC：静止无功补偿装置，采纳无源器件进行不公补偿的技术总称，包括：TSC,TCR等，“静止”是与同步调相机对应，一般来说将使用晶闸管进行掌握的补偿装置称为“SVC”。
SVG：静止无功发生器，采纳电能变换技术实现的无功补偿。
SVG与其它的最大区分在于能主动发出无功电流，补偿负载无功电流。
而其它均为无源方式，依靠无源器件自身属性进行无功补偿。
4.4.5 SVG补偿装置的优势与特点1、补偿原理：可动态快速连续调整无功输出，最大限度满意功率因数补偿要求，任意时刻的功率因数达到。
SVG的补偿原理和详细实现方式都更为先进，具备以下优势与特点。
2、无功补偿力量：和TCR相比，SVG无需配置滤波支路。
由于无需施波，任何时候都可以对SVG配套电容器组进行扩容或改造，满意可能的工况变化带来的新需求。
3、谐波特性：SVG在不需要增加滤波支路状况下，对背景谐波具备治理力量，可完全滤除一些低次谐波。
4、占地面积：SVG补偿装置仅由SVG和FC两部分组成，占地面积小。
TCR型SVC：由掌握、晶闸管阀体、相控电抗器、至少三组以上滤波装置构成，结构简单，体积大。
MCR型SVC：由掌握、晶闸管阀体、磁控电抗器、多组滤波装置构成，结构简单，体积大5、运行平安：SVG是直接电流掌握，电流输出可以限幅，不会发生谐振或谐波电压放大，平安性高。
TCR和MCR是阻抗型补偿，在长期运行过程中，系统运行状况转变、电抗器、电容器参数发生变化，都易导致谐波电压放大，影响系统平安性。
6、相应速度：响应速度快，具备超强无功补偿与肯定的谐波滤除作用，SVG采纳新型电力电子器件IGBT,开断时间小雨2μs,而TCR和MCR采纳晶闸管的开断时间IOms,相差5000被，所以SVG 响应速度更快。
目前国际各种无功补偿装置优缺点的比较
35kV及以下系统，与FC/MSC/TSC配合
磁控可调电抗器
MCR
采用直流励磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，改变电抗器感抗电流，以投入的电抗器感性无功容量变化来补偿系统容性无功
300ms
功率因数达到0.90～0.99的要求，无功补偿容量自动无级调节，不产生谐波，可靠性高、维护简单，使用寿命长，应用电压等级广泛
相对于TCR型SVC，其谐波水平、有功损耗、占地面积都要小，但调节时间长，成本高，温升和噪音是需要控制的
0.4～500kV系统，适用于冲击性负荷：牵引变电站，电弧炉，轧钢机，造船厂
通过调整触发角的大小就可以改变高阻抗变压器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果
阻抗最大做到85波分量也略大一些，价格较贵，而不能得到广泛应用
容量在30Mvar以上时价格较贵，而不能得到广泛应用
晶闸管投切电抗器
TSR+
FC
分级用可控硅作为无触点的静止可控开关投切电抗器
适用于大容量的系统中枢点无功补偿
静止式静态无功补偿
机械投切电容器
MSC
用断路器\接触器分级投切电容
投切时间10～30s
控制器简单，市场普遍供货，价格低，投资成本少，无漏电流
不能快速跟踪负载无功功率的变化，而且投切电容器时常会引起较为严重的冲击涌流和操作过电压，这样不但易造成接触点烧焊，而且使补偿电容器内部击穿，所受的应力大，维修量大
高级动态无功
补偿
SVG
新型静止无功发生器
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IC
(I Lf q + I Lf- )
(3)
I S I Lf p + I Lh
(4)
所以，要想达到补偿目的，关键是控制 SVG 输出电流 I C 满足式 (3) 。 从 SVG 工作原理的描述可以看出，如果要使 SVG 在补偿无功的基础上 还对负载谐波进行抑制，只需要使 SVG 输出相应的谐波电流即可。因此，从 这个意义上说， SVG 能够同时实现补偿无功电流和谐波电流的双重目标。
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4.2 SVG 用于补偿无功
PS＋ QS PL＋ Q L
负 载
SVG
图 3.2 带有 SVG 无功补偿装置的系统 假设负荷消耗感性无功 （一般工业用户都是如此） QL，此时控制 SVG 使 其产生容性无功功率，并取 QSVG=QL，这样在负荷波动过程中，就可以保证： QS=QSVG-Q L=0。 如果对电网等比较复杂的补偿对象而言， 当需要向电网提供感性无功时， 可以通过对 SVG 的控制，使其产生感性无功功率，并取 QSVG=QC，这样在负 荷波动过程中，仍然可以保证： QS=QSVG-Q C=0。 此外， SVG 在补偿系统无功功率达同时， 几乎不产生谐波。 更重要的是， SVG 还可以对系统的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿，实 现有源滤波（ APF ）的功能。
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4.3 SVG 用于有源滤波
系统 APF
Ih -I h
谐波源
图 3.3 基本原理图
有源滤波器的基本思想如图 3.3。谐波源一般为非线性负荷，如整流器、
带有整流环节的变频器及大量带有开关器件的设备等，产生谐波电流
I h ；供
电系统一般为被保护对象，也即要达到最终流入或流出系统的电流是谐波含
量极少的正弦波， 有时还有功率因数要求； 有源滤波装置表现为流控电流源，
是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，
SVG 较传统的无功补偿装置有如下优势：
(1) 响应时间更快 SVG 响应时间： ≤1ms。 传统静补装置响应时间： ≥ 10m。s
SVG 可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率
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的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
SVG 能够在额定感性到额定容性的范围内工作， 所以比 SVC 的运行范围
宽很多。 也就是说， 当 SVC 需要在正负全范围运行时， 需要 TCR 和 FC 配合
使用，整个装置损耗较大，占地面积也较大。
更重要的是，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。而 SVC 输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出
上。
损耗
只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小。约在
0.1% 左
右。
谐波电流
不产生也不滤除谐波电流。
三相不平衡
并联补偿电容器组是三相完全平衡的，因此不能改善不平衡度。
调节特性
只能投入或者切除并联电容器组， 无功变化较大， 无法平滑线性调节无功
输出。
3.晶闸管分级投切电容器方案（ TSC） 晶闸管分级投切电容器方案这里研究两个，
采用直接电流控制的有源滤波型中压 SVG 的工作原理如图 3.6 所示。从
图中可以得出式 (1)，即电源电流 I S 是负载电流 I L 和补偿电流 I C 之相量和。 假
设负载电流 I L 中含有基波正序电流（包括基波正序无功电流
I Lf q 和基波正序
有功电流 I Lf p ）、基波负序电流 I Lf- 和谐波电流 I Lh ，如式 (2) 所示。
而得到了广泛的应用， 一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，
由手工进行投切，每天的投切次数不超过 10 次。
自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，
其投切次
数可达每天数十次，甚至数百次。
其工作特点如下：
响应速度
刚切除后的电容器组， 需待放电完全后才能再次投入， 至少需要数十秒以
由于固定补偿装置的补偿容量不能随负荷而变化， “欠补”和“过补”交替 发生，计费方式又为 “反转正计”，使得变电所平均功率因数达不到 0.9 的要求， 造成力率罚款，并使供电设备的能力不能充分发挥。
目前我国普遍采用的方案是在变电所设置固定电容并联补偿。 该方案主要问 题是在无负荷和轻负荷的区段， 过补偿十分突出， 投入固定并联补偿电容后， 功 率因数比不投时还低， 无法达到经济功率因数的要求， 变电所因功率因数大幅下 降，而遭受巨额罚款， 固定电容器补偿还会导致空载时电压抬升， 反而恶化电压 质量。
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中实际的响应时间一般在 3-5 分钟 左右 。 对于无功快速变动的系统是不适用 的。
其三： TSC 投切的电容器组分组越多，补偿效果越好，成本相对提高。 且在频繁投切电容器时，由于阻抗曲线发生频繁变化，很有可能产生谐振，
造成灾害性事故。 （如去年湖南涟钢棒线厂轧钢系统中采用的
TSC 装置，由
于产生谐振将 TSC 装置及传动系统全部烧毁，直接经济损失近
4.5 SVG 的优势
通过上一节对 SVG 原理的描述可以知道， SVG 可以根据负载特点和工
况，自动调节其输出的无功功率的大小和性质（容性或者感性）
。因此，从本
质上讲， SVG 可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器。
SVG 是目前最为先进的无功补偿技术，其基于电压源型变流器的补偿装
置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而
(2) 抑制电压闪变能力更强 SVC 对电压闪变的抑制最大可达 2：1，SVG 对电压闪变的抑制可以达到 5： 1，甚至更高。 SVC 受到响应速度的限制，其抑制电压闪变的能力不会随 补偿容量的增加而增加。 而 SVG 由于响应速度极快， 增大装置容量可以继续 提高抑制电压闪变的能力。
(3) 运行范围更宽
其二： 晶闸管关断后，电容器两端电压从峰值电压，缓慢放电。等电容 器两端电压放到小于 50V 时投入电容器， 这时是比较安全的， 但根据 << 高压 并联电容器放电线圈标准 JB/T8980-1999>> 规定放电时间为 5s，电容器投入 时必须考虑其放电情况，这样由于受电容器的放电时间的限制，在工程应用
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V1 VD1
V3
RL
VD3
Ud
u0
V2 VD2
V4
VD4
信号波 Ut 调制
载波
Uc 电路
图 3.4 SVG 与系统的连接示意图
设电网电压和 SVG 输出的交流电压分别用相量 U S 和 U I 表示，则连接电
抗 X 上的电压 U L 即为 U S 和 U I 的相量差，而连接电抗的电流是可以由其电压
a）单相等效电路
b）相量图
图 3.5 SVG 等效电路及工作原理（未计及损耗）
SVG 详细的工作模式及其补偿特性如表 1 所示。
表 3.1 SVG 的运行模式及其补偿特性说明
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运行模式
波形
说明
空载
UI
US
US
UI
感性
UI US
容性
(a) U I = U S IL (b) U I < U S
IL (c) U I > U S
②从以上分析结论可知，变电所采用固定补偿方案解决不了功率因数问题， 不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功， 所以不具备抑制谐波和电压 波动。要解决功率因数问题，抑制谐波和电压波动，必须放弃固定补偿方案，寻 求新的补偿方案。
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2 自动投切并联电容器组
并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式， 因其结构简单等特点
无过渡过程投切电容器，理论上电容器在峰值时导通，在峰值时关断。 晶闸管关断后，电容器保持峰值电压值，由于电源电压随时变化，电容器电 压也在缓慢地放电，要做到安全、无过渡投切比较困难。具体控制有二种方 法：
其一： 在需要投入电容器时， 必须检测电容器的两端电压及电网电压。 在电网电压与电容器两端电压相等瞬时，发出触发脉冲；当电容器接成星形 时，这时必须有二个晶闸管导通才能构成通路。这种控制方式的难度很大， 且电容器两端电压为直流，在高压环境下，检测困难，经常产生过渡过程过 电压。 严重的过度过程产生的振荡过电压， 将达到电源峰值电压的两倍以上， 如在低压侧整流变副边进行补偿，过渡过程过电压必然影响调速系统的安全 运行。
一是带降压变压器的晶闸管
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投切电容器方案，二是带降压变压器及分接开关的晶闸管投切电容器方案。 1 ）、带降压变压器的晶闸管投切电容器方案 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。该方案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。显然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分组数。为了提高运行的可靠性，防止 电容器和晶闸管损伤， TSC 均实现无过渡过程的操作。 ① TSC 技术关键
它的作用是产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流
Ih，
来达到消除谐波的目的。与无源滤波装置相比，有源滤波器是一种主动型的
补偿装置，具有较好的动态性能。
4.4 SVG 的基本原理 所谓 SVG （Static Var Generator），就是专指由自换相的电力半导体桥式
变流器来进行动态无功补偿的装置。
来控制的。这个电流就是 SVG 从电网吸收的电流 I 。如果未计及连接电抗器
和变流器的损耗， SVG 的工作原理可以用图 3.5a)所示的单相等效电路图来说
明。在这种情况下， 只需使 U I 与 U S 同相， 仅改变 U I 幅值大小即可以控制 SVG
从电网吸收的电流是超前还是滞后 90 ，并且能控制该电流的大小。
4. SVG+FC 型动态无功补偿系统 4.1 供电系统结构 一般电力系统用户负荷吸收有功功率 PL 和无功功率 QL 。