1.引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，對(duì)電網(wǎng)感性無功要求也與日懼增。特別是如可逆式大型軋鋼機(jī)、煉鋼電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)荷容量的不斷增加，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電技術(shù)，使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等**影響。近年發(fā)展起來的靜止型無功補(bǔ)償裝置（STATICVARCOMPENSATOR，下簡稱SVC）是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功的應(yīng)于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上。而晶閘管控制電抗器型（稱TCR型）SVC用晶閘管控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)較快、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，由于它具有反應(yīng)時(shí)間快（5～20MS），運(yùn)行可靠，無級(jí)補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對(duì)稱負(fù)荷的能力，因而其應(yīng)用*廣。尤其是在冶金行業(yè)中，使用例子也*多。

2.TCR＋FC型SVC系統(tǒng)的組成及控制原理

2.1系統(tǒng)組成

TCR＋FC型SVC系統(tǒng)的組成如圖1所示，一般由TCR、濾波器（FC）及控制系統(tǒng)組成。通過控制與電抗器串聯(lián)的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，既可以向系統(tǒng)輸送感性無功電流，又可以向系統(tǒng)輸送容性無功電流。該補(bǔ)償器響應(yīng)時(shí)間快（小于半周波），靈活性大，而且可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，缺點(diǎn)是產(chǎn)生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。

圖1TCR＋FC型SVC系統(tǒng)的組成

2.2可調(diào)控電抗器相（TCR）產(chǎn)生連續(xù)變化感性無功的基本原理

如圖2（A）所示，U為交流電壓。TH1、TH2為兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管，控制這兩個(gè)晶閘管在一定范圍內(nèi)導(dǎo)通，則可控制電抗器流過的電流I，I和U的基本波形如圖2（B）所示。

圖2可調(diào)控電抗器相（TCR）產(chǎn)生連續(xù)變化感性無功的基本原理

α為TH1和TH2的觸發(fā)角，則有

I＝（COSα－COSωT）

I的基波電流有效值為：

I＝（2π－2α＋SIN2α）

式中：V為相電壓有效值；

ωL為電抗器的基波電抗（ω）。

因此，可以通過控制電抗器L上串聯(lián)的兩只反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)角α來控制電抗器吸收的無功功率的值。

2.3恒無功控制、保證功率因數(shù)及電壓波動(dòng)

控制系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。SVC連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定容性無功功率QC，通過具有完好線性特征的補(bǔ)償電抗器的電流決定了從補(bǔ)償電抗器輸出的感性無功值QTCR，感性無功與容性無功相抵消，只要QN（系統(tǒng)）＝QV（負(fù)載）－QC＋QTCR＝恒定值（或0），功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動(dòng)。

圖3控制系統(tǒng)的基本組成

*重要的是**控制晶閘管觸發(fā)，獲得所需的電抗器的電流。根據(jù)采集的進(jìn)線電流及母線電壓經(jīng)乘法器后得出要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，計(jì)算機(jī)發(fā)出觸發(fā)脈沖，光纖傳輸?shù)矫}沖放大單元，經(jīng)放大后觸發(fā)晶閘管，得到所補(bǔ)償?shù)臒o功功率。

2.4無源濾波器（FC）

無源濾波器（FILTERCOMPENSATIOR，簡稱FC），是現(xiàn)階段*常見、*實(shí)用、也是有效的抑制高次諧波的措施。由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點(diǎn)，對(duì)某次諧波或以上諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波和無功補(bǔ)償的作用。分為單調(diào)諧波濾波器，雙調(diào)諧波濾波器和高通濾波器（減幅濾波器）等幾種。

高通濾波器（減幅濾波器）又可分為一階、二階、三階和C型。如圖4所示：無源濾波器（FC）在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題：

圖4高通濾波器

（1）濾波器發(fā)出的無功應(yīng)滿足補(bǔ)償功率因數(shù)，抑制電壓波動(dòng)及閃變的要求；

（2）選取的濾波電容器的額定電壓應(yīng)保證濾波器的**可靠運(yùn)行；

（3）濾波器的分組應(yīng)滿足濾除諧波電流的要求；

（4）濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分的計(jì)算機(jī)仿真及數(shù)據(jù)庫優(yōu)選，經(jīng)多個(gè)方案比較，選擇*佳方案；

（5）對(duì)選定的濾波器應(yīng)進(jìn)行濾波器各種運(yùn)行方式下的計(jì)算機(jī)仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；

（6）對(duì)濾波器的**運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)校驗(yàn)。

3.TCR＋FC型SVC的應(yīng)用舉例

2005年某鋼廠新上了一套TCR和FC補(bǔ)償容量分別18MVAR和17MVAR的TCR＋FC型SVC。該工程負(fù)荷主要為兩臺(tái)粗軋機(jī)（2×4200KW同步電機(jī)）。經(jīng)過晶閘管變流調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速，過載倍數(shù)為2倍。這些設(shè)備掛接在6KV母線上，系統(tǒng)*小短路容量為238MVA。上輥定子整流變壓器容量為3000KVA，連接組別為D／D03臺(tái)，下輥定子整流變壓器容量為3000KVA，連接組別為D／Y113臺(tái)。由于整流變壓器采用了D，Y接法，故可以消除3的整數(shù)倍次的高次諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等諧波。經(jīng)計(jì)算粗軋機(jī)*大無功沖擊為15120KVAR，6KV母線*小短路容量為238MVA。電壓波動(dòng)國標(biāo)允許值為2％。所以允許無功波動(dòng)為：

△Q＝SDMIN×△U％＝238×2％＝4.76MVA

補(bǔ)償容量為：

QMAX－△Q＝15.12－4.76＝10.36MVAR。

為留有余量，取11MVAR。

總計(jì)算負(fù)荷為19407KVA，平均功率因數(shù)從0.75提高到0.95所需要補(bǔ)償?shù)臒o功為6.45MVAR。總上所述，按電壓波動(dòng)選擇容量，TCR及FC的容量均為11MVAR。經(jīng)仿真計(jì)算，濾波器總?cè)萘浚?span lang="EN-US">15MVAR，基波補(bǔ)償容量為11MVAR，分為H3、H5、H7三個(gè)通道。H3次濾波器安裝容量為4.2MVAR，補(bǔ)償容量為3.21MVAR；H5次濾波器安裝容量為6MVAR，補(bǔ)償容量為4.25MVAR；H7次濾波器安裝容量為5.4MVAR，補(bǔ)償容量為3.54MVAR；主接線系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5主接線系統(tǒng)圖

4．結(jié)束語

目前，TCR＋FC型SVC已在冶金行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。也取得了顯著的效果。已經(jīng)形成了成熟的技術(shù)方案。另外，SVC還有晶閘管投切電容器（TSC）型、飽和電抗器型（SR型）、晶閘管控制高阻抗變壓器型（TCT）等形式。對(duì)SVC的發(fā)展研究主要集中在控制策略上，如模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)控制系統(tǒng)也被引入SVC控制系統(tǒng)，使SVC系統(tǒng)的性能更加提高。而且隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了以大功率可關(guān)斷晶閘管（GTO）器件代替普通的晶閘管構(gòu)成的靜止無功發(fā)生器（STATICVARGENERATOR，簡稱SVG）。由于其具有響應(yīng)速度快，吸收無功連續(xù)、產(chǎn)生的高次諧波量小、調(diào)節(jié)范圍廣、損耗與噪聲小等特點(diǎn)，使其成為未來無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。