【正文】 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，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”。早在 1916 年就由美國的 亞歷山德遜提出了“磁放大器”的報(bào)告。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。 基于 MCR（磁控電抗器）技術(shù)的新型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置 , 具有可靠性高 , 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能好 , 安裝與維護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn) , 已被人們廣泛關(guān)注 ??12 。靜止無功發(fā)生器也被成為靜止調(diào)相機(jī) ??11 。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變 SVG 的運(yùn)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)。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(bǔ)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(gè)電壓源型的逆變器，其原理圖如圖 33 所示。用晶閘管閥投切電容器組時(shí)，電容器只是在極端電流值之間切換，所以不會(huì)產(chǎn)生諧波，這是其優(yōu)點(diǎn)，但是無功功率的補(bǔ) 償是階躍式的。 晶閘管投切電抗（ TSC）型靜止無功補(bǔ)償裝置 晶閘管投切電容器型靜止無功補(bǔ)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(gè)部分組成。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。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。當(dāng)負(fù)載滯后的無功功率 FQ 變化時(shí)，需要調(diào)節(jié) LQ 的大小。它包括四個(gè)主要部分：高阻抗變壓器 、電容器、晶閘管閥和調(diào)節(jié)器 ??9 。除此之外，簡介其他類型的靜止無功補(bǔ)償裝置的原理及結(jié)構(gòu)。 9 3 各種靜止無功補(bǔ)償裝置的原理 概述 主要是對(duì) 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(dòng)態(tài)地補(bǔ)償無功功率?？偨Y(jié)起來 MCR 型 SVC 的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)行； (3) 可靠性高，用壽命不低于 25 年； (4) 成本低廉，價(jià)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(jí)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(shí)間小于 秒，完全可以 8 滿足快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊螅? (10) 連續(xù) (無級(jí) )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。與靜止無功補(bǔ)償裝置比，靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是，響應(yīng)速度快，運(yùn)行范圍更廣。 從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)， SVC 裝置主要用十對(duì)沖擊性負(fù)載用戶的就地補(bǔ)償和用于對(duì)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)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(bǔ)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(shí)過電壓； (7) 減少系統(tǒng)中的負(fù)序電流分量，對(duì)連接點(diǎn)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 與一般的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的區(qū)別是能夠跟蹤電網(wǎng)或負(fù)載的無功波動(dòng)，進(jìn)行無功的適時(shí)補(bǔ)償，從而維持電壓的穩(wěn)定。 靜止無功補(bǔ)償裝置的定義及分類 SVC 的定義 SVC (Static Var Compensatory)，全稱為靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，所謂靜止是指沒有運(yùn)動(dòng)部件。 3) 提高電網(wǎng)的有功傳輸能力 在 S 不變的情況下， ?cos 越高，線路傳送有功功率 P 的能力越強(qiáng)。 在電壓和 電流一定的情況下， cos? 越高，則輸出的有功功率 P 越大，設(shè)備的利用率也就越高。 2) 改善設(shè)備的利用率 由功率因數(shù)表達(dá)式 ： c os = / / 3P S P UI? ? () 式中 S 為電源設(shè)備的容量 (視在功率 )。降低線路 的有功損耗，減少線路的電壓損失當(dāng)有功功率和無功功率通過電網(wǎng)時(shí)，會(huì)造成有功功率損耗，但電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓變化主要由無功變化所引起。因此，合理地配置無功功率補(bǔ)償容量，改善電網(wǎng)的無功潮流分布，就能夠減少電網(wǎng)中的有功損耗和電壓損耗，從而達(dá)到改善用戶電壓質(zhì)量，提高設(shè)備的利用率和電網(wǎng)的傳輸能力的目的。一般來講，從發(fā)電機(jī)所發(fā)出的無功功率不足以滿足系統(tǒng)中的無功需求，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對(duì)無功功率的需要，保證用電設(shè)備能夠在額定電壓下工作????65 。對(duì)于運(yùn)行中的所有設(shè)備，要求系統(tǒng)無功功率電源所發(fā)出的無功功率與無功功率負(fù)載及無功功率損耗相平衡，即： ? ? ??? LDG Q () 在正常情況下，用電設(shè)備既要從系統(tǒng)中獲取有功功率，又要獲取無功功率。 無功補(bǔ)償?shù)脑? 在電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷需要一定的無功功率，同時(shí)電網(wǎng)中各種輸變電設(shè)備也會(huì)引起無功功率損耗。 2) 電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，電源供給的無功功率是用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)， 進(jìn)行能量交換的，它時(shí)能量的輸送、轉(zhuǎn)換必需的條件。 通過以上概念，我們可以得到以下的幾點(diǎn)結(jié)論 ： 1) 無功功率和有功功率是密不可分的。對(duì)十電阻性負(fù)載，負(fù) 載兩端的電壓和電流的相位相同，電流在通過電阻的過程中做了功，把電能轉(zhuǎn)換為光能、熱能等，被稱為有功負(fù)載，所消耗的功率叫做有功功率 。而用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的那部分能量叫做無功功率。 5 2 無功補(bǔ)償?shù)幕驹? 無功補(bǔ)償?shù)脑砑耙饬x 電網(wǎng)輸送的功率可以分解為兩種類型，一種叫無功功率，另一種叫有功功率。通過仿真模擬對(duì)磁閥式可控電抗 器的諧波特性、等等分別進(jìn)行了分析驗(yàn)證，并給出各種特性曲線。在已有文獻(xiàn)關(guān)于電抗器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過公式推導(dǎo)出等效電路方程，并構(gòu)建出 MCR 等效電路?？偨Y(jié)各類無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。論文的研究工作將具體在以下幾個(gè)方面展開： 1) 分析無功補(bǔ)償?shù)脑砑耙饬x，對(duì) SVC 概念及原理進(jìn)行簡要說明，對(duì)目前主要使用的 SVC 裝置的分類及優(yōu)缺點(diǎn)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(shì)。 論文工作 本文圍繞 MCR 型 SVC 在無功補(bǔ)償中的應(yīng)用展開了一系列研究，對(duì)核心器件 MCR 即磁閥式可控電抗器進(jìn)行了理論分析推導(dǎo)出電抗器的等效電路方程，并使用 MATLAB 建立了等效仿真模型，根據(jù)工程實(shí)際，設(shè)計(jì) MCR 型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，設(shè)計(jì)控制策略，濾波支路。穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。 可見設(shè)計(jì)一種簡潔、實(shí)用和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)撵o止無功補(bǔ)償裝置有以下作用：解決變電站無功補(bǔ)償設(shè)備利用率低，對(duì)電網(wǎng)降損效果不明顯問題。供電系統(tǒng)常由于感性負(fù)載過重，造成感性無功過大，電能質(zhì)量下降，功率因數(shù)過低。同時(shí)使功率因數(shù)偏低、系統(tǒng)電壓下降。而大多數(shù)電力電子裝置的功率因數(shù)很低，它們所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所輸送的電量中占有很大的比例。 課題研究的意義 近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì) GDP（國民生產(chǎn)總值）的不斷增長， 我國的電力工業(yè)也有了長足的發(fā)展。采用晶閘管控制方式的 TCR (Thyristor Controlled Reactor)型 SVC 存在體積龐大、結(jié)晶閘管控制構(gòu)復(fù)雜、對(duì)外界環(huán)境要求高、成本高等問題。 課題研究的目的及意義 課題研究的目的 通過電網(wǎng)中變電站、線路等元件的理論及實(shí)際進(jìn)行情況分析，對(duì)比國內(nèi)外現(xiàn)有的無功補(bǔ)償技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)撵o止無功補(bǔ)償裝置，能較好 3 地解決變電站無 功補(bǔ)償設(shè)備利用率低，對(duì)電網(wǎng)降損效果不明顯等問題。 2021 年我國首臺(tái)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 SVC 在遼寧省鞍山 市 220kV 紅一變電站TC 型 SVC 工程成功投運(yùn)，標(biāo)志著我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 SVC 技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用化階段。 但 TCR 型 SVC 裝置存在體積龐大、對(duì)環(huán)境要求高、可靠性不高、控制困難、 成本較高等弊病。至 1990 年總共有五個(gè) 500kV 變電站采用了 6 套進(jìn)口 SVC 裝置，型式為 TCR+TSC 或者固定電容器組 ((FC)。目前，世界上幾個(gè)著名的電氣生產(chǎn)廠商主要有，瑞士 ABB 公司、德國西門子公司、法國阿爾斯通公司等，其中以 ABB 公司在其中的份額最大。最大補(bǔ)償容量已達(dá) 1000MVar 以上，應(yīng)用的最高系統(tǒng)電壓為 765kV。 1978 年，西屋電氣公司制造的使用晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行。世界上第一臺(tái)電網(wǎng)用SVC 由美國 GE 公司制造， 1977 年安裝于 Tristate Gamp。 2 并聯(lián)電容器簡單經(jīng)濟(jì)，靈活方便，但其阻抗固定，不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。同步調(diào)相機(jī)可理解為專門用來產(chǎn)生無功功率的同 步電機(jī)，可根據(jù)需要控制同步電機(jī)的勵(lì)磁，使其工作在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的狀態(tài)下，從而發(fā)出大小不同的容性或感性無功功率，因此同步調(diào)相機(jī)可對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。通過對(duì)電力系統(tǒng)無功的合理配置和對(duì)無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償不僅可以維持水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 .而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損。 受到科技發(fā)展水平及管理體制限制，很久以來降低電力網(wǎng)電能損耗只是從設(shè)備單體考慮問題，無功補(bǔ)償也往往只是注重電網(wǎng)電壓調(diào)整。無功功率如果不能就地補(bǔ)償，用戶負(fù)荷所需要的無功功率全靠發(fā)、配電設(shè)備長距離提供，就會(huì)使配電、輸電和發(fā)電設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，降低發(fā)、輸電的能力，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面 積停電事故。無功功率增加會(huì)導(dǎo)致電流的增大，設(shè)備及線路的損耗增加，導(dǎo)致大量有功電能損耗。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì) GDP（國民生產(chǎn)總值）的不斷增長，我國的電力工業(yè)也有了長足的發(fā)展。我國互聯(lián)電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入了大電網(wǎng)、大機(jī)組時(shí)代，大量的無功在網(wǎng)間傳送，造成了巨大的網(wǎng)絡(luò)損耗 ??1 。眾所周知，在系統(tǒng)中裝設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置不僅可以提高 供用電系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少功率損耗，還具有穩(wěn)定受電端電壓，提高供電質(zhì)量，提高輸電能力的作用，是提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的一個(gè)主要措施。 by measuring and analyzing the power quality of substation 35kV bus bars , the scheme of static reactive power pensation based on MCR is designed effectiveness and feasibility of the scheme with the MCR and FC for static pensation are verified by simulation at the end of this paper. Keywords： Reactive power pensation , Transformer substation,MCR