3.1SVC的工作原理及在電網(wǎng)中應(yīng)用

TCR＋TSC型SVC的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。它由1臺(tái)TCR、2臺(tái)TSC以及2個(gè)無源濾波器組成，在實(shí)際系統(tǒng)中，TSC及無源濾波的組數(shù)可根據(jù)需要設(shè)置

圖1TCR＋TSC型SVC基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

TCR的工作原理是通過控制與相控電抗器連接的反并聯(lián)晶閘管對(duì)的移相觸發(fā)脈沖來改變電抗器等效電納的大小，從而輸出連續(xù)可變的無功功率。圖1中兩個(gè)晶閘管分別按照單相半波交流開關(guān)運(yùn)行，通過改變控制角α可以改變電感中通過的電流。α的計(jì)量以電壓過零點(diǎn)為基準(zhǔn)，α在90°～180°之間可部分導(dǎo)通，導(dǎo)通角增大則電流基波分量減小，等價(jià)于用增大電抗器的電抗來減小基波無功功率。導(dǎo)通角在90°～180°之間連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)電流也從額定到0連續(xù)變化，TCR提供的補(bǔ)償電流中含有諧波分量。

TSC的工作原理是根據(jù)負(fù)載感性無功功率的變化通過反并聯(lián)晶閘管對(duì)來切除或者投入電容器。這里，晶閘管只是作為投切開關(guān)，而不像TCR中的晶閘管起相控作用。在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器組都要串聯(lián)一個(gè)阻尼電抗器，以降低非正常運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的對(duì)晶閘管的沖擊電流值，同時(shí)避免與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振。用晶閘管投切電容器組時(shí)，通常選取系統(tǒng)電壓峰值時(shí)或者過零點(diǎn)時(shí)作為投切動(dòng)作的必要條件。由于TSC中的電容器只是在兩個(gè)極端的電流值之間切換，因此它不會(huì)產(chǎn)生諧波，但它對(duì)無功功率的補(bǔ)償是階躍的。

TCR和TSC組合后的運(yùn)行原理為：當(dāng)系統(tǒng)電壓低于設(shè)定的運(yùn)行電壓時(shí)，根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)臒o功量投入適當(dāng)組數(shù)的電容器組，并略有一點(diǎn)正偏差（過補(bǔ)償），此時(shí)再利用TCR調(diào)節(jié)輸出的感性無功功率來抵消這部分過補(bǔ)償容性無功；當(dāng)系統(tǒng)電壓高于設(shè)定電壓時(shí)，則切除所有電容器組，只留有TCR運(yùn)行。圖2給出了該控制方式下穩(wěn)定系統(tǒng)電壓時(shí)采用的控制框圖，控制器所需信號(hào)為系統(tǒng)線電壓和線電流。如果用于補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率或校正系統(tǒng)功率因數(shù)，只需將電壓設(shè)定值改為相應(yīng)的無功設(shè)定值或功率因數(shù)設(shè)定值即可?？刂埔?guī)律采用可變參數(shù)的PI調(diào)節(jié)器，其算法簡(jiǎn)單、可靠，而且易實(shí)現(xiàn)。

圖2SVC面向系統(tǒng)平衡策略控制框圖

SVC應(yīng)用于電力系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響有：①增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。SVC安裝于中長距離輸電線路中點(diǎn)可以改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，其P－δ特性曲線給故障后電機(jī)提供的減速面積和暫態(tài)裕量比沒有補(bǔ)償?shù)那闆r下要大。②有力的支持系統(tǒng)電壓，防止電壓崩潰。系統(tǒng)發(fā)生故障或者負(fù)荷電流（尤其是無功電流）急劇增高的瞬間，SVC能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行瞬時(shí)無功補(bǔ)償來支撐電壓以抑制電壓崩潰的趨勢(shì)。③有效的阻尼系統(tǒng)振蕩。TCR可以用極高的速度平滑地調(diào)節(jié)無功和電壓，具有調(diào)制狀態(tài)工作的可能。它可以在一個(gè)與工頻50HZ不同的頻率下作適當(dāng)浮動(dòng)，如果浮動(dòng)與系統(tǒng)搖擺或振蕩頻率相同而相位相反，就可以增大系統(tǒng)的阻尼而抑制振蕩。④補(bǔ)償不平衡負(fù)荷。負(fù)荷不平衡時(shí)，SVC不平衡控制策略可以補(bǔ)償系統(tǒng)使供電電流變成三相平衡，能夠使單相負(fù)荷變成三相平衡負(fù)荷而沒有無功分量。⑤抑制負(fù)荷側(cè)電壓波動(dòng)和閃變，校正功率因數(shù)。

SVC也有其自身的弱點(diǎn)，它是阻抗型補(bǔ)償，隨著電壓的降低其無功輸出也會(huì)與電壓成平方關(guān)系降低，若采用基于電壓源逆變器的STATCOM將會(huì)取得更好的效果。

3.2STATCOM的工作原理及在電網(wǎng)中應(yīng)用

我國次研制成功的±20MVARSTATCOM的總體構(gòu)成框圖見圖3。它主要由直流電壓源（通常以直流電容代替）、基于GTO的逆變器和連接變壓器3部分組成。以二極管構(gòu)成的整流橋從交流系統(tǒng)吸取少量有功功率對(duì)直流電容C充電，保持其電壓穩(wěn)定。控制器根據(jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過6個(gè)全控型開關(guān)器件構(gòu)成的三相逆變器向系統(tǒng)輸入感性或容性無功。STATCOM向系統(tǒng)注入的無功Q為

／式中，VS為系統(tǒng)電壓；RS為逆變橋等效電阻；δ為SVG輸出電壓與VS的夾角。

由公式可知，通過調(diào)節(jié)δ的大小，就可以控制STATCOM注入系統(tǒng)的無功功率。由于RS很小，所以調(diào)節(jié)范圍非常大。如果多臺(tái)STATCOM并聯(lián)移相輸出，則既可提升補(bǔ)償容量，又能抑制裝置本身的諧波電流。

圖3±20MVARSTATCOM總體構(gòu)成框圖

TATCOM在控制策略上與SVC的區(qū)別在于：在SVC裝置中，由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)用作SVC等效電納的參考值，以此信號(hào)來控制SVC調(diào)節(jié)到所需的等效電納。而在STATCOM中，外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)則被視為補(bǔ)償器應(yīng)產(chǎn)生的無功電流（或無功功率）的參考值，然后由參考值調(diào)節(jié)STATCOM來產(chǎn)生所需無功電流。其具體控制方法可分為間接控制和直接控制兩大類，STATCOM采用電流直接控制方法的響應(yīng)速度和控制精度比間接控制法有很大的提高。

STATCOM在輸電系統(tǒng)中的作為無功補(bǔ)償裝置用時(shí)，除具有SVC的所有良好性能外，運(yùn)行范圍更寬，且輸出無功電流不受系統(tǒng)電壓影響。采用多重化技術(shù)的STATCOM，諧波含量少，不需要濾波器，能夠有力的提高系統(tǒng)的暫態(tài)性能。

3.3STATCOM及SVC應(yīng)用于輸電網(wǎng)的仿真研究

STATCOM和SVC應(yīng)用于大規(guī)模輸電網(wǎng)中以加強(qiáng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、改善電網(wǎng)末端或大負(fù)荷中心電壓穩(wěn)定性以及作為直流輸電無功控制設(shè)備，已經(jīng)做了大量的研究工作。近年來，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國形成了京津唐、長三角以及珠三角3大負(fù)荷中心。這3個(gè)地區(qū)都具有遠(yuǎn)離電源、缺乏足夠的無功備用以及空調(diào)負(fù)荷比例高等特點(diǎn)，因此，均有不同程度的電壓穩(wěn)定問題。

根據(jù)已有的仿真分析，北京電網(wǎng)在負(fù)荷突增時(shí)會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)電壓失穩(wěn)現(xiàn)象，需要在安定、老君堂、西大望等地安裝STATCOM（或者SVC）以防止電壓崩潰。上海的黃渡分區(qū)內(nèi)150MVAR調(diào)相機(jī)退出運(yùn)行后，只有一個(gè)12MW的小火電接入，并且這里將是三峽直流的落點(diǎn)，若發(fā)生故障將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電壓失穩(wěn)，需要安裝STATCOM提供快速的無功支撐，目前正在研制的50MVARSTATCOM將在這里投入使用。廣東電網(wǎng)是擁有多直流的交直流混聯(lián)系統(tǒng)，直流落點(diǎn)本身需要大量的無功支撐，STATCOM無疑是*佳的選擇；同時(shí)在直流退出運(yùn)行的情況下，需要在交流長輸電線路中點(diǎn)賀州安裝STATCOM以提升線路傳輸極限，維持電壓穩(wěn)定；此外，負(fù)荷突增情況下，弱受端系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的電壓跌落，選擇合適的地點(diǎn)安裝STATCOM可以增強(qiáng)系統(tǒng)的電壓維持能力。