【文章內(nèi)容簡介】 此外，無功補償還對降低功率損耗與電能損耗，改善電能質(zhì)量，為用戶節(jié)約電費等方面都有重要的意義。 靜止無功補償裝置的定義及分類 SVC 的定義 SVC (Static Var Compensatory)，全稱為靜止型動態(tài)無功補償裝置，所謂靜止是指沒有運動部件。通常是由并聯(lián)電容器組 (或濾波器 )和一個可調(diào)節(jié)電感量的電感元件。 SVC 與一般的并聯(lián)電容器補償裝置的區(qū)別是能夠跟蹤電網(wǎng)或負(fù)載的無功波動，進(jìn)行無功的適時補償，從而維持電壓的穩(wěn)定。 SVC 最重要的性質(zhì)是它能維持其 SVC 最重要的性質(zhì)是它能維持其端電壓實際上不發(fā)生變化，第二個重要性質(zhì)是能夠?qū)Χ穗妷旱奈⑿∽兓杆僮龀鲰憫?yīng)。 從實用的觀點出發(fā)， SVC 裝置主要用十對沖擊性負(fù)載用戶的就地補償和用于對電力系統(tǒng)的無功補償，其作用主要有： (1) 調(diào)整系統(tǒng)電壓； (2) 提高 輸電線路的輸送能力； (3) 提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性； (4) 抑制電力系統(tǒng)的功率振蕩； 7 (5) 補償無功功率，提供隨機(jī)性調(diào)相功能； (6) 吸收電力系統(tǒng)中突然涌現(xiàn)的過剩無功，抑制暫時過電壓； (7) 減少系統(tǒng)中的負(fù)序電流分量，對連接點的二相電壓起平衡作用； (8) 抑制電力系統(tǒng)的次同步諧振。 SVC 的分類及優(yōu)缺點 目前國內(nèi)外常用的 SVC 裝置的類型主要是以下幾種 ??8 ： (1) 磁閥式可控電抗器型靜止補償器（ MCR） (2) 晶閘管控制電抗器型靜止補償器 （ TCR） (3) 晶閘管投切電容器型靜止補償器 (TSC) (4) 靜止無功發(fā)生器 (SVG) 晶閘管控制電抗器型靜止補償器和晶閘管投切電容器型靜止補償器能做到分相補償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化。與靜止無功補償裝置比，靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點是，響應(yīng)速度快，運行范圍更廣。 表 21 各類型無功補償裝置優(yōu)缺點 比較項目 MCR 型 TCR 型 開關(guān)投切 TSC 型 運行方式 連續(xù) 連續(xù) 離散 離散 可靠性 免維護(hù) 維護(hù)量大 維護(hù)量很大 維護(hù)量大 諧波水平 比 TCR 型小 50% 較小 無 小 投切涌流 無 無 7 倍以上 無 有功損耗 %% 1%% 很小 小 占地面積 為 TCR 的 1/10 很大 大 小 調(diào)節(jié)時間 40ms 40ms 過載能力 150% 無 無 無 電磁污染 無 對人體的輻射很大 無 無 從表 21 中可以看出 MCR 型 SVC 裝置僅在調(diào)節(jié)時間上較 TCR 型 SVC 不足外，余特性均優(yōu)于 TCR 型 SVC?？偨Y(jié)起來 MCR 型 SVC 的優(yōu)點如下 : (1) 磁閥式可控電抗器 (MCR)是 21 世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)物，技術(shù)具有領(lǐng)先性； (2) 能在任何惡劣電網(wǎng)工作環(huán)境下穩(wěn)定工作，可靠運行； (3) 可靠性高，用壽命不低于 25 年； (4) 成本低廉，價格僅為同類產(chǎn)品 (如相控電抗器 TCR)的 1 /2~1 /3 ； (5) 占地面積小，僅為同類產(chǎn)品的 1/5； (6) 可直接應(yīng)用于何電壓等級的電網(wǎng)中，且安裝簡單、調(diào)試方便； (7) 產(chǎn)生諧波小，比同類產(chǎn)品低 50%； (8) 有功損耗低，平均 %~%； (9) 響應(yīng)速度快，從空載到額定容量的過渡過程時間小于 秒，完全可以 8 滿足快速動態(tài)無功補償?shù)囊螅? (10) 連續(xù) (無級 )容量調(diào)節(jié)范圍寬廣，最大 (額定 )與最小 (空載 )容量之比 可至 100 倍。 總結(jié) 本章首先簡單介紹了無功功率的基本概念，并分析了無功補償?shù)脑砑耙饬x，對 SVC 的定義進(jìn)行了簡要說明，并對目前國內(nèi)外主要使用的 SVC 裝置的分類及優(yōu)缺點進(jìn)行了比較分析，得出 MCR 型 SVC 裝置在工程應(yīng)用中的突出優(yōu)勢。 9 3 各種靜止無功補償裝置的原理 概述 主要是對 MCR 型 SVC 裝置原理和特性進(jìn)行分析，并應(yīng)用到變電站中，進(jìn)行動態(tài)地補償無功功率。主要是對主要磁控電抗器 (MCR)進(jìn)行分析。除此之外，簡介其他類型的靜止無功補償裝置的原理及結(jié)構(gòu)。 晶閘管相控電抗（ TCR）型靜止無功補償裝置 圖 31 表示晶閘管相控電抗型靜止無功補償裝置的原理圖。它包括四個主要部分：高阻抗變壓器 、電容器、晶閘管閥和調(diào)節(jié)器 ??9 。 A CSQ FQ電弧爐晶閘管閥LCLQ CQ 圖 31 晶閘管相控電抗型靜止無功補償裝置（原理圖） 由于電容器為固定值，所以超前的無功功率 CQ 為固定值。當(dāng)負(fù)載滯后的無功功率 FQ 變化時，需要調(diào)節(jié) LQ 的大小。例如當(dāng) FQ 增大時，晶閘管管閥控制的電抗器耗用的無 功功率 LQ 減少；而 FQ 減少時，則 LQ 增大。即不管負(fù)載的無功功率 FQ 如何變化，總要使系統(tǒng)供給的無功功率 CLFS ??? 約為常數(shù)，以限制電壓的閃變。 用以控制 LQ 的可 變電抗器，是由電抗器與各相反并聯(lián)連接的晶閘管組成。利用晶閘管的相位控制來改變電抗器的電流大小，已達(dá)到連續(xù)調(diào)整電 抗器的電抗無功功率。相位控制角從 90 度改變到 180 度，使 LQ 從 100%變化到零。 晶閘管投切電抗（ TSC）型靜止無功補償裝置 晶閘管投切電容器型靜止無功補償裝置由降壓變壓器、電容器組（分成若干 10小組）、晶閘管閥（同樣分成若干小組）和調(diào)節(jié)器四個部分組成。根據(jù)負(fù)載感性無功功率的變化，切除或投入電容器時，晶閘管只作為投切電容器的開關(guān)而不像TCR 型的晶閘管起相控作用。用晶閘管閥投切電容器組時，電容器只是在極端電流值之間切換，所以不會產(chǎn)生諧波，這是其優(yōu)點，但是無功功率的補 償是階躍式的。且響應(yīng)快速性較差，這是它的缺點 ??10 。晶閘管投切電容器的原理圖如圖32 所示 LC 圖 32 晶閘管投切電容器型靜止無功補償裝置（原理圖） 靜止無功發(fā)生器 （ SVG） 靜止無功發(fā)生器的主體部分是一個電壓源型的逆變器，其原理圖如圖 33 所示。逆變器中六個可關(guān)斷晶閘管分別與六個二極管反向并聯(lián)，適當(dāng)控制可關(guān)斷晶閘管的通斷，可以把電容 C 上的直流電壓轉(zhuǎn)換成與電力 系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，逆變器的交流側(cè)通過電抗器或變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變 SVG 的運行工況，使其處于容性負(fù)荷、感性負(fù)荷或零負(fù)荷狀態(tài)。忽略損耗，時 SVG 穩(wěn)態(tài)等值電路和不同工況下的相量圖圖示于 34。靜止無功發(fā)生器也被成為靜止調(diào)相機(jī) ??11 。 11++ ++++ 圖 33 靜止無功發(fā)生器（原理圖） SV++jx.AV SVA I SVjx SAVjxI 圖 34 靜止無功發(fā)生器的穩(wěn)態(tài)等值電路圖和相量圖 12 磁閥式可控電抗器型靜止補償器 概述 磁控電抗器（ magic control reactor)全稱是磁閥式可控電抗器，簡稱 MCR，是一種容量可調(diào)的并聯(lián)電抗器，主要用于電力系統(tǒng)的無功補償。 基于 MCR（磁控電抗器）技術(shù)的新型動態(tài)無功補償裝置 , 具有可靠性高 , 動態(tài)調(diào)節(jié)性能好 , 安裝與維護(hù)簡單的優(yōu)點 , 已被人們廣泛關(guān)注 ??12 。 MCR 的發(fā)展史 由于電力系統(tǒng)的需求，可控電抗器一直以來就是一個研究熱點，其中前蘇聯(lián)科學(xué)家提出的借助直流控制的磁飽和型可控電抗器得到了推廣和應(yīng)用。該類電抗器是借助控制回路直流控制電流的激磁改變鐵心的磁飽和度，從而達(dá)到平滑調(diào)節(jié)無功輸出的目的。它是在磁放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。早在 1916 年就由美國的 亞歷山德遜提出了“磁放大器”的報告。到了 40 年代，隨著高磁感應(yīng)強度及低損耗的晶粒取向硅鋼帶和高磁導(dǎo)、高矩形系數(shù)的坡莫合金材料 的出現(xiàn)，將飽和電抗器的理論和應(yīng)用提高到了一個新水平， 1955 年世界上第一臺可控電抗器在英國制造成功，其額定容量為 100MVA，工作電壓為 kv22~ 。 20 世紀(jì)70 年代以來，由于可控硅器件迅速發(fā)展及相控電抗器的出現(xiàn)，可控電抗器被打入“冷宮”。 隨著電力工業(yè)的高速發(fā)展，人們對供電質(zhì)量及可靠性的要求越來越高。由此產(chǎn)生了一系列問題 :超 (特 )高壓大電網(wǎng)的形成及負(fù)荷變化加劇，要求大量快速響應(yīng)的可調(diào)無功電源來調(diào)整電壓，維持系統(tǒng)無功潮流平衡，減少損耗，提高供電可靠性。 20 世紀(jì) 70 年代以來發(fā) 展起來的相控電抗器（ TCR）高昂的造價決定了其在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的不合理性。鑒于上述原因，電力專家們轉(zhuǎn)而尋求更加經(jīng)濟(jì)和可靠的可調(diào)無功補償裝置 ??13 。 1986 年，原蘇聯(lián)學(xué)者提出了磁閥式可控電抗器的新型結(jié)構(gòu)，從而使得可控電抗器的發(fā)展有的突破性進(jìn)展。新型可控電抗器可以應(yīng)用于直到 1150KV 的任何電壓等級的電網(wǎng)作為連續(xù)可調(diào)的無功補償裝置，因而可直接接于超高壓線路側(cè)，同時發(fā)揮同步補償機(jī)和并聯(lián)電抗器的作用。 MCR 的工作原理 磁控電抗器采用直流助磁原理，利用 附加直流勵磁磁化鐵心，改變鐵心磁導(dǎo)率，實現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，其內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無運動部件，工作可靠性高??9 。 13 圖 35 單相磁控電抗鐵心、線圈示意圖 磁控電抗器采用小截面鐵心和極限磁飽和技術(shù)，單相四柱鐵心結(jié)構(gòu)電抗器結(jié)構(gòu)如圖 所示，在中間套有線圈的兩個工作鐵心柱上分布著多個小截面段，在電抗器的整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大截面段，始終工作于未飽和線性區(qū)，僅有小截面段鐵心磁路飽和，目飽和的程度很高。 磁控電抗器控制原理接線圖如圖 36 所示。在磁控電抗器的工作鐵心柱上分別對稱地繞有兩個線圈，其上有抽頭，它們之間接有可控硅 T1 , T2，不同鐵心的上下兩個主繞組交叉連接后并聯(lián)至電源，續(xù)流二極管 D 接在兩個線圈的中間。 圖 36 磁控電抗器原理接線圖 當(dāng)磁控電抗器主繞組接至電源電壓時，在可控硅兩端感應(yīng)出 1%左右的系統(tǒng)電壓。在電源電壓正半周觸發(fā)導(dǎo)通可控硅 T1，在回路中產(chǎn)生直流控制電流 。在電源電壓負(fù)半周觸發(fā)導(dǎo)通可控硅 T2，在回路中產(chǎn)生直流控制電流。兩個可控硅在一個工頻周期輪流觸發(fā)導(dǎo)通，產(chǎn)生直流控制電流，使電抗器 工作鐵心飽和，輸出電流增加。磁控電抗器輸出電流大小取決于可控硅控制角，控制角越小，產(chǎn)生的控制電流越強，從而電抗器工作鐵心磁飽和度越高，輸出電流越大。因此，改變可控硅控制角，可平滑調(diào)節(jié)電抗器容量。由上分析可知，磁控電抗器具有自耦勵磁功能，省去了單獨的直流控制電源 ??14 。 由磁閥式可控電抗器的基本結(jié)構(gòu)，可以歸納出其結(jié)構(gòu)特點，以及與傳統(tǒng)可控飽和電抗器的異同： (1) 基本工作原理都是利用直流控制電流控制鐵心的飽和度來平滑連續(xù)調(diào)節(jié)電抗器容量的。 (2) 可控飽和電抗器工作繞組和控制繞組是分開 的，而磁閥式可控電抗器將 14工作繞組和控制繞組有機(jī)地結(jié)合在一起，有利于減少損耗，簡化結(jié)構(gòu)。 (3) 磁閥式可控電抗器鐵心面積具有減小的一段，在電抗器整個工作范圍內(nèi)，只有小截面段磁路飽和，其余段均處廠未飽和線性狀態(tài)，相當(dāng)十一個磁閥，故有“磁閥”之說。 (4) 可控飽和電抗器需單獨的直流控制電源，而磁閥式可控電抗器則利用電網(wǎng)電壓本身經(jīng)繞組自耦變壓后由晶閘管整流獲得，不需外加激磁電源?？刂齐娏鞑煌墨@取形式將導(dǎo)致伏安特性很大的差異，前者的伏安特性具有明顯的非線性特征，后者則近似線性 ??15 。 電磁方程及工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 圖 37 磁閥式可控電抗器的結(jié)構(gòu)電路 圖 37 為磁閥式可控電抗器的結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)圖中晶閘管 1KP 、 2KP