35kV~220kV变电站无功补偿装置设计技术规定学习笔记

35kV~220kV变电站无功补偿装置设计技术规定学习笔记

5.0.3 SVC与STATCOM的区别:STATCOM较SVC电压稳定效果好、系统稳定和动态特性好、投资收益佳

高压静止动态无功补偿装置

SVC（Static Var Compensator）是一种静止无功补偿器。静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。

目前，中国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。近年来，随着大功率非线性负荷的不断增加，电网的无功冲击和谐波污染呈不断上升的趋势，无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的改变而变化很大。导致电网的线损增加，电压合格率降低。此外，随着电网的发展，系统稳定性的问题也愈加重要。动态无功补偿技术是一种提高电压稳定性的经济、有效的措施。另外，静态无功补偿技术在风电场、冶金、电气化铁路，煤炭等工业领域的客观需求也很大。在目前情况下，静止型动态无功补偿装置（SVC）对于解决各种负载所产生的无功冲击是很有效的。使电网电压波动明显改善，功率因数明显提高，是一种技术含量高、经济效益显著的新型节能装置。

SVC如图接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出的感性无功QTCR的大小，感性无功和容性无功相互抵消，只要能做到系统无功QN=Qv（系统所需）-Qc+QTCR=常数（或者0），则能够实现电网功率因数=常数，电压几乎不波动，关键是准确控制晶闸管的触发角。得到所需要的流过补偿电抗器的电流。晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能。采集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值进行比较，计算得到的触发角大小。通过晶闸管触发装置，使晶闸管流过所需要的电流。

STATCOM——静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator, 简称STATCOM，又称SVG）是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统（FACTS）的重要组成部分。STATCOM并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿。

STATCOM的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT，GTO等）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

STATCOM控制系统框图

STATCOM分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。对电压型桥式电路，还需再串联上连接电抗器才能并入电网；对电流型桥式电路，需在交流侧并联上吸收换相产生的过压的电抗器。实际上，由于运行效率的原因，迄今为止投入使用的STATCOM大多采用电压型桥式电路，因此，STATCOM往往专指采用自换相电压型桥式电路作动态无功补偿装置。

从理论上可以将STATCOM分为电压源型和电流源型。就其电路结构来说，电压源型STATCOM直流侧并联有大电容，保证在持续充放电或器件换向过程电压不会发生很大的变化，桥侧串联电感，而电流源型STATCOM则是直流侧串联大电感，保证在器件换向或充放电器件电流不会有大的波动，桥侧并联电感。如图2所示。

在实际应用中，常用的大容量STATCOM 采用的基本都是电压源型结构。但是可以将SVG控制为电流源来进行无功补偿[2-3]。文献[4]提出了一种新的STATCOM 控制策略即采用电压控制电流源（VCCS）的策略和改进的电压控制电压源（VCVS）的策略来补偿电力系统公共连接点（Pointof Common Coupling，PCC）电压不平衡，特别是在较小容量时采用VCCS 方式将能达到最好的补偿效果。

按构成基本单元

逆变器模块，可以将STATCOM 分为单相桥二电平，三相桥二电平，三相桥多电平。在大容量高电压等级的应用场合中，往往需要将多个低压小容量变换器通过变压器耦合（即多重化）[5] 或采用变压器在交流输入输出侧进行升压或降压，这样会产生耗能、谐波含量大、系统效率低等缺点。而多电平变换器开关器件所承受的电压应力小（如三电平变换器每个开关器件所承受的电压应力是二电

平的一半[6]），谐波含量少，损耗降低，因此在大容量场合得到广泛应用和发展。

按构成元器件

可以将STATCOM 分为GTO型，IGBT 型，IGCT 型，SCR 型，GTR 型，MOSFET 型。基于功率变换的FACTS 设备一般都采用全控型器件，主要是在GTO、改进型GTO（IGBT、MTO、ETO 等）和（HV）IGBT等器件中选择。国际上第一个采用GTO 作为逆变器功率器件的STATCOM，是由美国EPRI 与西屋电气公司研制的，容量依1Mvar。我国依20Mvar STATCOM和日本关西电力系统Inuyama 开关站依80Mvar STATCOM 均是采用GTO 作为功率器件的。IGBT 适用于小容量场合，由ABB公司研制的配电STATCOM（Distribution STATCOM，D-STATCOM），开关器件采用多个IGBT串联[7]。

按电压等级

可以将STATCOM 分为高压输电网补偿和低压配电网补偿。在高压输电网中STATCOM需要通过变压器连接到电网中。在低压配电网中，通过电抗器并联或直接并联电网，即D-STATCOM。D-STATCOM的基本工作原理就是将桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当调节电路交流侧输出电压的幅值或相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路系统收获发出满足要求的无功电流，从而实现动态补偿无功的目的。另外可以通过脉宽调制采用特定谐波消除的方法来消除特定谐波[1

5.0.6和 5.0.7 并联电容器组和并联电抗器组补偿容量

并联电容器组和并联电抗器组补偿容量不宜超过主变容量的30%。

并联电容器组容量：

500kV 10%~20%

220kV 10%~25%

35~110kV 10%~30%

220kV无功单组容量：66kV不宜大于20Mvar；35kV不宜大于12Mvar；10kV 不宜大于8 Mvar.

110kV无功单组容量：不宜大于6Mvar；

35kV无功单组容量：不宜大于3Mvar；

依据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》4.4条款“各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设，经过计算分析，配置适当规模、类型的无功补偿装置；配置的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV～220kV变电站，所配置的无功补偿装置，在主变最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数不应高于0.95，不低于0.92。”

谐振导致电容器电容器组产生严重过载、震动、外壳膨胀变形