动态无功补偿装置简介

TCR型SVC投入运行后，谐波大大降低，带来明显社会效益。
3)降低负序电流的危害
电弧炉在熔化期，三相电弧各自发生急剧且无规则的变化，电炉在正常工作情况下产生的负序电流约为电炉变压器额定电流的25%左右。负序电流会影响电网的发电机和电气设备出力，甚至会损坏电网中电气设备的绝缘。
综上所述，TCR型SVC运行后除去无法估量的社会效益外，获得的年直接经济效益大约为：370.2+10+144=524.2（万元）
SVC在国外已是成熟的技术，截至2000年，全世界已有超过400套、总容量60Gvar的SVC在输配电系统运行，有超过600套、总容量约40Gvar的SVC在工业部门使用。
SVC、SVG可快速改变其发出的无功，具有较强的无功调节能力，可为电力系统提供动态无功电源、调节系统电压，当系统电压较低、重负荷时能输出容性无功；当系统电压较高、轻负荷时能输出感性无功，将供电电压补偿到一个合理水平。SVC通过动态调节无功出力，抑制波动冲击负荷运行时引起的母线电压变化，有利于暂态电压恢复，提高系统电压稳定水平。
触发方式
光电触发
噪声水平
水冷无噪声，热管风冷低于50dB
平均功率因数
≥0.95
运行环境
-25℃～60℃
使用年限
≥20年
5)
以钢铁公司60吨超高功率竖式电弧炉设备工况举例说明，电弧炉变压器高压侧电压35kV，低压侧10kV，该电弧炉生产时影响电网质量：无功功率剧烈波动造成电网电压波动和闪变、向电网注入谐波电流、三相电压不平衡。为解决上述问题，假设我们采用TCR型SVC静止型动态无功补偿装置在10kV侧进行改造，总补偿容量25Mvar，电容器安装容量为48Mvar，装置由2、3、4、5次滤波器(FC)加相控电抗器(TCR)组成，总造价375万元。
1）电网从远端传送无功补偿负荷所需；
2）负荷的无功冲击（即无功需求）影响本地电网和上级电网的供电质量。
因此，电力系统一般都要求就近对用电负荷进行必要的无功补偿，以提高电力系统的带载能力，净化电网，改善电网电能质量。
可调电抗器补偿无功
图3带有可调相控电抗器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，负荷的最大感性无功为Qlmax，则若取Qc=Qlmax，即系统先将负荷的最大感性无功用电容补偿。当负荷变化时，电容与负载共同产生一个容性无功冲击，QP=Qc-QL，这时，用一个可调电抗（电感）来产生相对应的感性无功QB，抵消容性无功冲击，这样在负荷波动过程中，就可以保证：QS=QC-QB-QL=0。
30.85万元×12=370.2万元
并且由于提高了功率因数，减少了无功电流，也减少了相应的电能损耗。
稳定一次侧母线电压(35kV)，缩短冶炼时间
高功率电弧炉的无功冲击大而且急剧波动，最大的无功波动值一般可达到电炉变的额定容量的1.5倍，无功急剧变化引起电网电压急剧变动。
TCR型SVC装置投入前，35kV母线空载电压为35.8kV，当电弧炉投入运行在熔化期时，由于电弧炉是重负荷，导致母线电压下降到29kV，平均压降为6.8kV，未能维持电弧炉额度电压，使电弧炉实际功率比额定功率下降，冶炼时间延长。
从装置构成来看，TCR型的SVC装置主要由滤波/电容支路和TCR支路组成，如图1。
图1TCR型SVC结构示意图
1)
控制原理说明
简化的电力系统
图2简单的负荷连接
一般用户负荷吸收有功功率PL和无功功率QL，电源提供有功功率PS和无功功率QS（可能为感性无功，也可能是容性无功），忽略变压器和线路损耗，则有PS=PL，QS=QL。没有足够无功补偿的电网存在以下几个问题：
功率因数罚款
SVC投运前60吨超高功率电弧炉在熔化期功率因数低于0.7，为此，供电部门每月进行功率因数低罚款，2010年10月至2011年2月份平均每月罚款30.85万元。
TCR型SVC投运后，功率因数达到0.92以上，避免了因功率因数过低造成的罚款电费，按投运前每个月罚款数据可得出一年节省罚款电费：
可调相控电抗器（TCR）基本原理
图4TCR原理及TCR电压电流波形图
如上图所示，U为交流电压，Th1、Th2为两个反并联晶闸管，控制这两个晶闸管在一定范围内导通，则可控制电抗器流过的电流i，i和u的基本波形如图3-2所示。
为Th1和Th2的触发角，则有
(3.1)
i的基波有效值为：
(3.2)
V：相电压有效值
模块化设计，功率单元的结构和电气性能完全一致，可以互换。插排式设计，方便组装与更换。统一风道设计，装置散热更加可靠。
连接电抗器
用于连接SVG与电网，实现能量的缓冲；
抑制逆变器连接到系统中引起的电流突变，起到平波的作用。
3)
相对于传统的无功补偿设备，SVG具有以下优点：
启动冲击小：SVG部分采用自励方式启动，启动快速且冲击电流限制在很小的幅值；
投入SVC装置后，35kV母线电压波动限制在±1kV之间，无功冲击引起的电压波动被有效抑制，由于电压稳定，电弧炉工况好，使电弧炉每炉钢的冶炼时间缩短，冶炼效率提高。每年可降低成本：产量增加可使炼钢工段固定费用降低0.25元/吨，按年产量生产40万吨钢计算，可以获得直接经济效益：
40万吨×0.25元/吨=10万元
图7SVG外形示意图
数字控制与保护柜
在无功功率控制调整目标下，使SVG各功率单元接触器、隔离开关、冷却系统、保护装置和有关的安全系统协调运行，逻辑正确；
可配备各种综合保护，满足在电力系统中设备安全运行的各种要求；
为了满足用户的特殊需求，SVG的控制器可以根据需要增加辅助控制方式，SVG控制程序可根据今后电力系统的发展，或技术的发展灵活更新。
可见，整个TCR型SVC投资成本只需要0.7年即可收回成本，之后的收益便全部为企业所得。
2.
1)
静止无功发生器以三相大功率电压逆变器为核心，其输出电压通过连接电抗器或连接变压器接入系统，与系统侧电压保持同频、同相，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质与容量，当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。其原理如右图所示。表2给出了SVG三种运行模式的说明。
ωL：电抗器的基波电抗
因此，可以通过控制电抗器L上串联的两只反并联晶闸管的触发角 来控制电抗器吸收的无功功率的值。
2)
TCR型SVC装置主要由控制系统、相控电抗器、晶闸管阀组、滤波支路等主要部分组成，主要
图4SVC主要组成部分
图5SVC现场布置图
3)
应用于配电系统：
提高功率因数，减少电费支出；
滤除高次谐波、补偿三相不平衡、抑制电压波动和闪变、改善电能质量；
高效率：SVG采用新型低损耗IGBT功率器件，直接输出电压范围1kV－35kV,省去了连接变压器，装置效率可达99％以上；
超强补偿能力：SVG输出电流不依赖于系统电压，表现为恒流源特性，在系统电压跌落到20％时仍可以输出额定无功电流，具有更宽的运行范围。
4)
表1百度文库TCR型SVC技术参数
项目
指标
额定电压
6～35kV
动态无功补偿容量
2～200Mvar
晶闸管阀组结构
卧式、多层
晶闸管冷却方式
水冷/热管
控制系统
全数字式控制系统
调节方式
三相平衡、分相调节
控制方式
无功/电压
调节范围
0～100%
响应时间
≤10ms
晶闸管触发角
1050～1650
触发角控制精度
0.01电角度
抑制无功冲击,减少损耗，降低设备绝缘耐受的谐波电压，延长设备使用寿命；
减少无功占用设备容量，提高设备容量利用率，节省用户投资。
应用于输变电系统：
优化控制无功潮流，增加线路的输电能力，提高稳态输送容量；
补偿电网无功，实现无功平衡，减小网损；
稳定系统电压，提高系统的稳态、暂态和动态电压稳定性；
提供附加系统阻尼，抑制电力系统低频振荡，预防电网大停电和发电机组轴系扭振事故；
启动柜
通过大功率电阻，实现装置投入过程能量的缓冲；
旁路大功率电阻，实现装置正常运行时的快速调节。
功率柜
SVG的核心是基于IGBT的链式逆变器。链式逆变器的每相由多个功率模块串联而成，采用N+2冗余运行。
功率模块采用世界知名公司生产的IGBT器件制造，具有一致性好、电流密度高、性能稳定、开关速度快等特点。
表2SVG运行模式
空载运行模式
此时 ，SVG不起补偿作用
容性运行模式
此时 ，IL为超前的电流，SVG等效为连续可调的电容，提供容性无功
感性运行模式
此时 ，IL为滞后的电流，SVG等效为连续可调的电抗，提供感性无功
2)
SVG主要由连接电抗器、启动装置、功率模块、控制系统等部分组成。如图所示：
图6系统组成示意图
投入TCR型SVC后，上述现象得到抑制，其社会效益是无法估计的。
2)减少高次谐波的危害
由于电炉电弧电流是在不断的不规则急剧变化，电压和电流波形是不对称的非正弦波，可分解为2次以上的各次谐波电流，主要是2～7次谐波组成。谐波会引起电气设备发热、振动、增加损耗、电介质老化引起电气设备寿命缩短，干扰通讯，造成继电保护误动作引起供电中断。
动态无功补偿装置简介
一、概述
无功平衡对提高电网稳定、改善供电质量和提高经济效益至关重要。我国电网建设和运行中，长期存在着无功补偿容量不足和配备不合理的问题，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。随着工业规模的快速发展，诸如电弧炉、轧钢机、大容量电动机、电气化铁路牵引机车等冲击性或不平衡负荷迅速增加，使得负荷波动日益加剧，造成电压不稳、功率因数偏低、谐波污染等电能质量问题，给电力系统的安全稳定运行造成了严重的影响。因此需要大量快速响应的可调无功电源，来维持系统无功潮流平衡、调整电压、降低损耗、提高供电网可靠性以及保持系统稳定性。
二、产品介绍
2.1
SVC技术是灵活交流输电（FACTS）技术之一，根据结构原理的不同，SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR－Self－saturable Reactor）、晶闸管相控电抗器型（TCR－Thyristor Controlled Reactor）、晶闸管投切电容器型（TSC–Thyristor Switched Capcitor）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）等。随着大功率电力电子器件制造技术的发展，SVC从早期的SSR过渡到TCR/TSC方式，并成为SVC的主流实用技术。国外TCR/TSC型的SVC装置从上世纪70年代投入商业运行以来，其装置集成技术、控制原理、设备制造技术已趋于成熟，是目前仍广泛使用的动态无功补偿设备。
SVC投入前后测试对比电耗下降6kWh/t，1kWh按0.60元计算。
全年电耗下降节约费用：
40万t×6kWh/t×0.60/kWh=144万元
TCR型SVC投运后的社会效益
1)改善无功冲击引起的闪变指标
无功冲击引起电压闪变，会使灯光、电视机闪烁，引起人们视觉疲劳，还影响自动控制系统失去控制，使产品质量下降。
改善高压直流输电系统的性能，抑制直流闭锁故障时过电压。
本项目基于世界上最先进最复杂的SVC设计，实现了多种辅助功能，能够充分满足各种类型用户的不同需求，即便对于要求最为苛刻的电网用户，我们能够提供具备稳定弱系统电压、无功调节、小干扰条件下增强阻尼、提高瞬变稳态极限、减小损耗、消除三相不平衡等功能之外，还能够根据电网需求提供慢速导纳控制、无功设定点恢复、自适应调整电压、抑制次同步振荡、零无功启停等特殊控制。
任意组合的连续补偿范围：SVG可以从额定感性工况到额定容性工况连续输出无功，和固定电容器组合可构成任意范围的连续补偿；
占地面积小：SVG以半导体功率器件构成的逆变器为核心，使用直流电容器储能，无SVC中体积庞大的滤波支路和电抗器，特别适合于对占地面积要求较高的场合。
优异的谐波输出特性：SVG既可以输出近似正弦波的无功电流，也可以滤除谐波电流；
传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定不能动态跟踪负荷无功功率的变化；而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，而且还不适用于太大或太小的无功补偿。所以这些设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。
采用静止无功补偿器SVC（Static Var Compensator）和无功发生器SVG是解决电网中无功补偿和谐波滤波问题的最有效措施之一，在调节的快速性、功能的多样性、工作的可靠性、投资和运行费用的经济性等方面都比传统调相机有明显的优势，在解决电网稳定性以及配电电能质量等问题中发挥了相当重要的作用，是目前各国普遍采用的先进实用技术。SVG作为下一带无功补偿产品，目前也已经开始在小容量场合投入应用。