摘要：詳細(xì)綜述了電力系統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了各種靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)以及現(xiàn)今在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，并提出今后靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞：靜止無功補(bǔ)償（SVC ASVG）發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)

1 引言

　　電力系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)無功功率平衡決定了該節(jié)點(diǎn)的電壓水平，由于當(dāng)今電力系統(tǒng)的用戶中存在著大量無功功率頻繁變化的設(shè)備；如軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵道等。同時用戶中又有大量的對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備：如計算機(jī)，醫(yī)用設(shè)備等。因此迫切需要對系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。

　　傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等，由于并聯(lián)電容器阻抗固定不能動態(tài)的跟蹤負(fù)荷無功功率的變化；而調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等補(bǔ)償設(shè)備又屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其損耗、噪聲都很大，而且還不適用于太大或太小的無功補(bǔ)償。所以這些設(shè)備已經(jīng)越來越不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。

　　20世紀(jì)70年代以來，隨著研究的進(jìn)一步加深出現(xiàn)了一種靜止無功補(bǔ)償技術(shù)。這種技術(shù)經(jīng)過20多年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。所謂靜止無功補(bǔ)償是指用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有吸收和發(fā)出無功電流的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制系統(tǒng)振蕩等功能。目前這種靜止開關(guān)主要分為兩種，即斷路器和電力電子開關(guān)。由于用斷路器作為接觸器，其開關(guān)速度較慢，約為10～30s，不可能快速跟蹤負(fù)載無功功率的變化，而且投切電容器時常會引起較為嚴(yán)重的沖擊涌流和操作過電壓，這樣不但易造成接觸點(diǎn)燒焊，而且使補(bǔ)償電容器內(nèi)部擊穿，所受的應(yīng)力大，維修量大。

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，交流無觸點(diǎn)開關(guān)SCR、GTR、GTO等的出現(xiàn)，將其作為投切開關(guān)，速度可以提高500倍（約為10μs），對任何系統(tǒng)參數(shù)，無功補(bǔ)償都可以在一個周波內(nèi)完成，而且可以進(jìn)行單相調(diào)節(jié)。現(xiàn)今所指的靜止無功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型，一類是具有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置（SR：SaturatedReactor）；第二類是晶閘管控制電抗器（TCR：Thyristor ControlReactor）、晶閘管投切電容器（TSC：Thyristor SwitchCapacitor），這兩種裝置統(tǒng)稱為SVC（StaticVar Compensator）；第三類是采用自換相變流技術(shù)的靜止無功補(bǔ)償裝置——高級靜止無功發(fā)生器（ASVG：Advanced Static VarGenerator）。

　　以下對此三類靜止無功補(bǔ)償技術(shù)逐一介紹，主要對SVC和ASVG這兩類補(bǔ)償技術(shù)作詳細(xì)介紹，并指出今后靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2 具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置（SR）

　　飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大小。可控飽和電抗器通過改變控制繞組中的工作電流來控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無功電流的大小。這類裝置組成的靜止無功補(bǔ)償裝置屬于第一批靜止補(bǔ)償器。早在1967年，這種裝置就在英國制成，后來美國通用電氣公司（GE）也制成了這樣的靜止無功補(bǔ)償裝置［1］，但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價高，約為一般電抗器的4倍，并且電抗器的硅鋼片長期處于飽和狀態(tài)，鐵心損耗大，比并聯(lián)電抗器大2～3倍，另外這種裝置還有振動和噪聲，而且調(diào)整時間長，動態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。

3 晶閘管控制電抗器（TCR）

　　兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖1所示。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載，此電路的有效移相范圍為90°～180°。當(dāng)觸發(fā)角α＝90°時，晶閘管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角δ＝180°，此時電抗器吸收的無功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式：

　　BL＝BLmax（δ－sinδ）／π和BLmax＝1／XL可知。增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的效果。

　　在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變壓器，這樣就不需要單獨(dú)接入一個變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過較小的電抗器與可控硅閥連接。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無功補(bǔ)償產(chǎn)生的諧波。瑞士勃郎·鮑威利公司已經(jīng)制造出此種補(bǔ)償器用于高壓輸電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償［2］。

　　由于單獨(dú)的TCR只能吸收無功功率，而不能發(fā)出無功功率，為了解決此問題，可以將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成無功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為TCR與固定電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器（TCR＋FC）和TCR與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器（TCR＋MSC）。這種具有TCR型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。我國江門變電站采用的靜止無功補(bǔ)償器是端士BBC公司生產(chǎn)的TCR＋FC＋MSC型的SVC，其控制范圍為±120Mvar［3］。由于固定電容器的TCR＋FC型補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償范圍從感性范圍延伸到容性范圍時要求電抗器的容量大于電容器的容量，另外當(dāng)補(bǔ)償器工作在吸收較小的無功電流時，其電抗器和電容器都已吸收了很大的無功電流，只是相互抵消而已。TSC＋MSC型補(bǔ)償器通過采用分組投切電容器，在某種程度上克服了這種缺點(diǎn)，但應(yīng)盡量避免斷路器頻繁的投入與切除，減小斷路器的工況。