1.1.1 无功补偿装置简介

无功补偿装置类型如图1-1所示。

图1-1 无功补偿装置类型

1.早期的无功补偿技术

1）同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率，降低系统电压。它有利于提高系统的稳定性，虽然目前仍有使用，但运行维护比较复杂，而且技术上已显得落后。

2）固定补偿电容器 固定补偿电容器可以改善线路参数，减少线路感性无功功率，补偿系统无功。但由于它供给的无功功率与节点电压的平方成正比，当节点电压下降时，它供给的无功功率反而会减少，所以电容器的无功功率调节性能比较差。由于维护比较方便，装设容量不定，既可集中使用、又可分散装设，所以目前仍是我国主要的补偿方式。

2.基于柔性交流输电系统（FACTS）的无功补偿技术

柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）是随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的广泛应用而产生的。目前基于FACTS技术且应用于无功补偿最为广泛的是静止无功补偿器（SVC），其作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。据有关资料统计，全世界至今有400多套，总容量约30Gvar的SVC装置在输配电系统运行；有500多套，总容量约25Gvar的SVC在工业部门使用。我国对SVC技术的研究与应用也有了较快的发展，并于2002年成功地应用了一套100Mvar的SVC装置。SVC装置作为输配电系统动态无功补偿的主要实用技术，由于其维修简单、工作可靠，所以其应用较为广泛。尤其是晶闸管投切电容器在国内低压配电系统的应用更为普遍。

SVC有以下几种形式：饱和电抗器型（SR型SVC）、晶闸管投切电容器型（TSC型SVC）、固定电容-晶闸管控制电抗器型（FC+TCR型SVC）、机械投切电容器-晶闸管控制电抗器型（MSC+TCR型SVC），以及晶闸管投切电容器-晶闸管控制电抗器型（TSC+TCR型SVC），几种SVC装置的结构如图1-2所示。

图1-2 几种SVC装置的结构图

3.TCSC

可控串联电容补偿（TCSC）是一种基于晶闸管控制的串联补偿装置。主要应用于电力输电系统，提高输电网的传输能力和系统稳定性，是近年来发展起来的先进的串联补偿技术。调整晶闸管的触发角便可在一定范围内连续调整串联电容的等值容抗或补偿度，TCSC由于采用无触点的快速控制，因此具有如下功能。

（1）由于可以连续改变等值串联电容的容抗，即可用来进行潮流控制，改变电网中的潮流分布。

（2）可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统扰动引起的低频功率振荡，提高动态稳定性。

（3）在系统受到大的扰动时，可迅速调整晶闸管的触发角，改变串联电容的补偿度，提高电力系统的暂态稳定。

（4）抑制次同步振荡的方法有两种：第一种方法是在发生次同步振荡时，迅速调整串联电容至最小值，对于次同步频率，TCSC呈感抗，这样便会对SSR起很强的阻尼作用；第二种方法是采集当地的电流、电压，用矢量合成的方法获得远方发电机的转速相位，经过处理后用做对发电机轴振动的阻尼。

4.SVG

SVG又称STATCOM，即静止无功发生器或高级静止无功补偿器（ASVC），它是基于瞬时无功功率理论的无功电流检测方式，逆变主电路采用IGBT组成的H桥功率单元级联拓扑结构，并辅助以小容量储能元件。它由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压，这种逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，并且每个开关器件所承受的电压应力较小，不需要均压电路，可避免大dv/dt 所导致的各种问题。因此这种逆变器可称为“完美无谐波”变流器。

SVG分电压型和电流型桥式电路两种。由于电压型控制方便，损耗小，因此在实际应用中被广泛采用。通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位、幅值或者直接调节其交流侧电流进行无功功率的交换。与SVC相比，其调节速度更快，调节范围更宽，欠电压条件下的无功调节能力更强，因此具有良好的补偿特性。日本关西电力公司与三菱电机公司共同研制并于1980年1月投运了世界上首台容量为20Mvar的SVG样机。1986年10月，由美国国家电力研究院（EPRI）和西屋公司研制世界上首台采用大功率GTO作为逆变器元件的±1Mvar的SVG装置投入运行。之后，日本关西电力公司与三菱电机公司又采用GTO研制了±80Mvar的SVG装置，于1991年投入运行。美国EPRI与田纳西电力局、西屋电气公司合作，在TVA电力系统的Sullivan 500kV变电站建造了±100Mvar的SVG装置，于1993年10月投入运行。1993 年3 月，东京电力分别将东芝公司和日立公司开发的2 台50MV·A的SVG装置在东京所属新信浓变电所投入使用。1997年，德国西门子公司开发研制的8Mvar的SVG装置安装在丹麦的Rejsby Hede风场。在我国，华北电力学院曾研制出强迫换相的晶闸管元件无功发生器实验装置，东北电力学院研制了GTO器件的SVG实验装置，1999 年3 月，由河南省电力公司和清华大学共同研制的±20Mvar的SVG在河南洛阳的朝阳变电站并网成功，这是国内首台投入应用的大容量柔性交流输电装置。后来在上海西郊变±50Mvar的SVG成功运行。不过，目前SVG的工程应用方案主要用于补偿系统无功并带有试验的性质，距离大范围普遍应用还有很长的一段距离。