《硅谷》杂志：面向电力应用的SVC技术点研究 |
| 2013-01-19 09:39 作者：郝志宇 徐金明 李建 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，阐述SVC技术的历史沿革，对其技术点的变化及进步进行详细地分析。通过对其同类技术SVG的对比，并结合现行电网运行实际，详细解析成套装置的技术要点及研发方向。
关键词：STATCOM；SVC技术；研究
0引言
SVC（StaticVarCompensator）即静止无功补偿器，其静止是相对于发电机、调相机等旋转设备而言的。它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。
1SVC工作原理
SVC技术是灵活交流输电（FACTS）技术之一，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。
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。从TCR型SVC接线结构可知，其无功调节是通过电力电子器件（晶闸管）控制常规电感/电容元件来实现的。图7-3为单相TCR接线原理图及电流电压波形。TCR控制系统通过改变晶闸管的触发时刻控制主回路电流大小，从波形图可见只有当触发角为90º时电流方为正弦，其他触发时刻TCR回路电流将含有高次谐波。
2同类技术对比
与SVC具有类似静止型动态无功调节性能的技术为静止无功发生器，即SVG（StaticVarGenerator），亦称为STATCOM，ABB公司的产品名称为SVCLight。从名称上虽然前者为补偿器，后者为发生器，差别不大，而实际其技术原理完全不同。
STATCOM的基本原理是通过可控关断电力电子元件来生成与系统电压成一定角差的信号注入电力系统，来实现无功生成的目的。其装置的核心部分为逆变器，常见的逆变器有两种主要构成方式，一种为多重化/多电平方式，另一种为链式结构，各有优缺点。
多重化/多电平STATCOM是三相运行的对称设备，这是由于STATCOM的无功电流需要在三相之间相互交换，尚不具备在系统严重不平衡情况下的运行能力。链式STATCOM是单相构造设备，仍需要大量的电容器，只是将SVC所需的交流电容器折算至直流侧使用。因此，链式STATCOM非真正意义上的无功“发生器”，优点是不产生谐波及低电压时的运行特性较好。
投入电网运行的STATCOM容量较大，一般均采用GTO器件，因GTO是电流驱动型，器件损耗太大，不是发展方向，目前采用IGCT替代，商业化IGCT的容量还较小，且价格高。
STATCOM作为一项前瞻性研究的新技术，具备诸多优点，如占地面积比SVC少、可提供瞬时有功功率（取决于储能部件）等，当然也有一些缺点。SVC是成熟技术，也是处于发展中的技术，国外仍在不断加大SVC的更新和研发力度。
按照CIGRE会议SCB4研究委员会关于电力电子技术发展规划可知：STATCOM技术有着很好的发展前途，但要替代SVC技术必须克服两个主要障碍，一个是价格，另一个则是损耗。
3SVC调节控制策略
SVC在容性和感性运行区域内连续可调以及快速响应的特性，使电压和无功双参数综合控制方式真正得以实施。并且可以解决系统暂态稳定问题和冲击负荷的影响。针对电力配电系统的要求，SVC调节策略采用了电压和无功双参数综合控制的方式，通过有载调压变压器与静态无功补偿器的优化配合，可以改善电压质量、降低网损。对于高压输电系统，SVC主要发挥提供动态无功支撑、提高输电容量、增强系统阻尼和降低网损等作用。输电系统用SVC采用电压控制方式即可实现所要求的控制目标。
4SVC装置制造核心技术
4.1大功率晶闸管的串联技术
大功率晶闸管串联技术是输电网用SVC核心技术之一，该技术直接反映了制造厂的综合实力。从目前各国际大公司所提供的SVC阀组结构来看，阀层静态及动态均压技术差别不大，主要原因一是由于大功率晶闸管制造技术和工艺趋于成熟，参数控制手段被广泛采用，不同厂家产品参数虽有差异，但差别不大；二是大功率电力电子仿真理论和工具被广泛认同和使用。阀组的机械结构各厂家差别较大。Siemens、Toshiba、中国电科院等公司采用的是卧式叠压方式，ABB公司采用立式叠压结构，Alstom公司则采用了单对阀压装后级联方式。
4.2全数字化控制保护系统
SVC控制保护系统对SVC装置得可靠性和运行效果起到至关重要的作用。各大SVC供应商均提供其控制保护平台，如ABB公司的MACHII系统，Siemens公司的SIMADYND控制系统等。
从历史上看，SVC等电力电子装置的控制系统经历了从模拟式到数字式，直到目前的多微处理器系统。监控系统采用一体化工作站，并具有友好的全图形化中文人机界面，便于控制和查询故障类型和故障位置。控制器的监控及保护系统通过“通讯控制器”与上级自动化系统实现通讯规约联接，这样可以达到远方的监视和控制，实现无人值守。阀基电子采用可编程逻辑阵列CPLD，不仅具备高可靠性，而且具备可扩充性。整个控制系统平台具有自主知识产权，整体已达到国际先进水平，部分技术有所创新。
4.3阀组冷却技术
SVC阀组的冷却方式包括自然风冷、强迫风冷、油冷、开放式水冷系统、全封闭式水冷系统等。从目前的应用来看，自然风冷、强迫风冷方式仅被用于中小容量阀组的冷却，从实际冷却效果来看，温度控制能力较差，结温往往较高，且受环境影响较大，不利于采用大量串联方式的晶闸管元件的静、动态均压。油冷方式在SVC阀组中的应用仅见于小容量SVC和非主流供应商（原苏联厂家）。水冷方式在大容量的SVC阀组冷却方式中最为常用，技术也趋于成熟。最新的全封闭式水冷系统因其散热效率高、性能可靠、维护工作量小、自动化程度高等优点而得以广泛应用。
4.4晶闸管阀触发技术
采用ETT型晶闸管阀的SVC阀组触发方式分为电磁触发、电磁送能光电触发和高压取能光电触发。电磁触发因其噪音大、可靠性低、干扰大等缺点较少被国际大公司采用，电磁送能光电触发方式具有光电触发的优点，但同时电磁送能仍然存在噪音大、干扰大等缺点，ALSTOM公司SVC阀即采用此种方式。高压取能光电触发是目前最先进的触发技术，该触发方式已在高压直流输电（HVDC）等工程实践中得到应用，其可靠性得到了时间的考验，但其缺点是取能回路相对复杂，且由于其工作在高压大电流和冲击工况下，是故障的高发点。据对SVC和HVDC故障统计表明，90％故障均与高压取能相关。但从装置总体可靠性统计来看，高压取能光电触发方式的可靠性优于其他方式。
5结语
针对SVC技术仍需进一步完善的方面，但其具备的比较先进的技术点，仍然值得进一步开展500kV及以上电压等级变电站用超大容量SVC应用技术的研究与工程化。 |
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