【摘要】本文簡(jiǎn)要地闡述和分析了電力靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）和靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）的基本原理及其應(yīng)用，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)無(wú)功補(bǔ)償機(jī)理的先進(jìn)的一種無(wú)功補(bǔ)償?shù)男录夹g(shù)。
　　【關(guān)鍵詞】電力電子，無(wú)功補(bǔ)償，靜止無(wú)功補(bǔ)償器，靜止無(wú)功發(fā)生器
　　一、前言
　　無(wú)功補(bǔ)償作為保持電力系統(tǒng)功率平衡、降低網(wǎng)損、提高供電質(zhì)量的一種重要措施，已被廣泛應(yīng)用于各電壓等級(jí)電網(wǎng)中。合理選擇無(wú)功補(bǔ)償，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，提高設(shè)備利用率，無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠響?yīng)用是我們供電企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的一項(xiàng)重要課題。
　　在配電系統(tǒng)中，較多采用的是電容器組無(wú)功補(bǔ)償方式，由運(yùn)行值班人員或VQC裝置根據(jù)功率因數(shù)及電壓情況決定并聯(lián)電容器的投退組數(shù)。這種并聯(lián)補(bǔ)償電容器由于只能進(jìn)行分級(jí)階梯狀調(diào)節(jié)，并且受機(jī)械開(kāi)關(guān)動(dòng)作的限制，響應(yīng)速度慢，不能滿足對(duì)波動(dòng)頻繁的無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊�求。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子補(bǔ)償技術(shù)得以應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了功率的動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)補(bǔ)償。本文重點(diǎn)分析這種電力電子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止無(wú)功發(fā)生器新的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。
　　二、電力電子無(wú)功補(bǔ)償裝置
　　2.1靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）
　　靜止無(wú)功補(bǔ)償器由電力電子器件和儲(chǔ)能元件構(gòu)成。所謂靜止是相對(duì)傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式調(diào)相機(jī)而言的。其顯著特點(diǎn)在于快速、平滑地調(diào)節(jié)容性和感性無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。常用于防止配電網(wǎng)中部分沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)干擾、重負(fù)荷突然投切造成的無(wú)功功率強(qiáng)烈變化，以及用于平衡三相之間的波動(dòng)性不對(duì)稱負(fù)荷和控制用電線路的功率因數(shù)等，用以增強(qiáng)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和輸電能力。
　　靜止無(wú)功補(bǔ)償器有兩種基本類型：晶閘管可控電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC），下面分別介紹這兩種裝置的原理。
　　①晶閘管可控電抗器（TCR）。它是模擬無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)電抗器的一種新型無(wú)功補(bǔ)償器。由于其工作方式的特殊與先進(jìn)，因此它所吸取的感性無(wú)功功率可以快速、平滑調(diào)節(jié)。根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行的條件，系統(tǒng)可能需要感性無(wú)功功率也可能需要容性無(wú)功功率，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)行特點(diǎn)有必要在TCR兩端并聯(lián)電容器組，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。
　　晶閘管可控電抗器的基本原理圖如圖(a)所示，其中，電抗器通過(guò)反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)（或三端雙向晶閘管）與交流電源相連接。
　　                 
　　在晶閘管控制的電感電路中，由于電感的儲(chǔ)能作用，晶閘管一旦導(dǎo)通，只有回路電流過(guò)零時(shí)才能關(guān)斷。延遲關(guān)斷的時(shí)間不僅與觸發(fā)角有關(guān)，還與電源電壓和回路電流間的相位角有關(guān)[1]。因此，對(duì)于雙向開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，當(dāng)其中一個(gè)晶閘管尚未關(guān)斷時(shí)，不可能觸發(fā)另一晶閘管導(dǎo)通。晶閘管可控電抗器通過(guò)改變其觸發(fā)延遲角（π/2＜α＜π）即可控制回路中的電流，起到可變電感的作用，使所吸取的感性無(wú)功功率在零（對(duì)應(yīng)α＝π）到最大值（對(duì)應(yīng)α＝π/2）間快速、平滑調(diào)節(jié)。
　　②晶閘管投切電容器（TSC）。在目前廣泛應(yīng)用的電力電子無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)中，除了常見(jiàn)的晶閘管可控電抗器方式外，還有一種常見(jiàn)方式就是晶閘管投切電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置。TSC的基本電路配置如圖（b）所示，可以看到它利用反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)分別將3～4組電容器投切到交流系統(tǒng)母線上的一種無(wú)功補(bǔ)償裝置。與利用相控方式改變電抗器的有效電感量不同，TSC采用整數(shù)半波控制（即過(guò)零觸發(fā)）方式來(lái)控制某組電容器全投入（或全切除）。這種補(bǔ)償方式實(shí)際上是用可快速通斷的晶閘管代替了金屬接觸器開(kāi)關(guān)，以克服投切電容器時(shí)響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)[2]。
　　顯然，若閉鎖雙向開(kāi)關(guān)中兩個(gè)晶閘管的門控觸發(fā)脈沖，則電容器組被切除。在晶閘管控制的純電容器電路中，當(dāng)回路的電流在過(guò)零的瞬間被阻斷時(shí)，對(duì)應(yīng)電容兩端的電壓等于所連接交流母線上的電壓最大值，其極性由晶閘管門控觸發(fā)脈沖閉鎖的時(shí)刻來(lái)決定。當(dāng)要投入電容器組時(shí)，為避免較大的合閘涌流，晶閘管必須恰好在交流電壓最大值的瞬間觸發(fā)導(dǎo)通。這種控制方式常稱為零電流開(kāi)關(guān)觸發(fā)。為了限制投入電容器組時(shí)可能出現(xiàn)的過(guò)電流，我們采取在線路中加入串聯(lián)電抗器，用以限制操作過(guò)電流。
　　電力系統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償（SVC）的結(jié)構(gòu)形式，除以上兩種基本類型外，在實(shí)際應(yīng)用中更多采用組合型的靜止補(bǔ)償電路。如用固定電容與可變電感并聯(lián)構(gòu)成的FC-TCR型和FC-DCMSR（直流勵(lì)磁飽和電抗器）型靜補(bǔ)裝置，以及用兩種基本類型混合構(gòu)成的TSC＋TCR型混合補(bǔ)償器等。它們的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的大小和方向全特性補(bǔ)償，補(bǔ)償精度高，穩(wěn)態(tài)空載下的輸出損耗小，但是存在著造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)。
　　2.2靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)
　　上面介紹的靜止無(wú)功補(bǔ)償器電路都離不開(kāi)大容量?jī)?chǔ)能元件，這是利用電感和電容能夠儲(chǔ)存和交換電能的特點(diǎn)向系統(tǒng)提供所需無(wú)功功率的補(bǔ)償原理所決定的。通常電感器和電容器的容量分別要按最大補(bǔ)償容量來(lái)選取，由于這些大容量?jī)?chǔ)能元件固有的時(shí)滯影響，使他們不可能作到瞬時(shí)無(wú)功控制。另一方面，晶閘管控制投切電容器組的補(bǔ)償容量受到安裝點(diǎn)電壓變化的制約（與安裝點(diǎn)電壓平方成正比）。當(dāng)電網(wǎng)無(wú)功功率不足引起電壓下降時(shí)，由于電容器提供的無(wú)功功率反而減少，導(dǎo)致母線電壓進(jìn)一步降低。另外，傳統(tǒng)的無(wú)功功率的定義和概念，只限于處理系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是正弦周期的情況，對(duì)功率急劇變化所出現(xiàn)的瞬變或隨機(jī)變化的非周期現(xiàn)象已不能適應(yīng)。
　　但是新型電力電子技術(shù)，如開(kāi)關(guān)型逆變器，以及瞬時(shí)無(wú)功功率的概念和補(bǔ)償原理，在儲(chǔ)能元件容量很小條件下（約為計(jì)算補(bǔ)償容量的10％左右）可解決以上各種問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)無(wú)功補(bǔ)償。這種新型補(bǔ)償器被稱為靜止無(wú)功功率發(fā)生器（SVG）。
　　SVG基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康腫3]。SVG根據(jù)直流側(cè)采用電容和電感兩種不同的儲(chǔ)能元件，可以分為電壓型和電流型兩種。由于運(yùn)行效率的原因，目前大都選用電壓型橋式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖（c）。電路的主要結(jié)構(gòu)為三相PWM強(qiáng)迫換流的電壓型變流電路(VSI)；變流器通過(guò)三個(gè)進(jìn)線電抗與電網(wǎng)連接，可以濾除電流中的較高次的諧波；直流側(cè)是儲(chǔ)能電容C，用以和交流側(cè)交換能量，并濾除VSI輸入電流紋波。
　　                  
　　SVG工作時(shí)是通過(guò)開(kāi)關(guān)的通斷將直流側(cè)的電壓轉(zhuǎn)換成與網(wǎng)側(cè)同頻率的電壓，故將其等效為一個(gè)交流電壓源，其幅值和相位都可以控制。以單相工作原理為例，將連接電抗和變流器本身的損耗視為連接電抗的總體電阻R考慮，等效電路如圖（d）所示。
　　以電網(wǎng)電壓相位為基準(zhǔn)相位，由于不考慮SVG的阻抗，根據(jù)要吸收或發(fā)出無(wú)功的不同，電流的相位或超前或滯后電壓的相位90o;由于連接電抗的阻抗，電網(wǎng)電壓與電流的相差不再是90o的關(guān)系，而是比90o小了δ角，此時(shí)電網(wǎng)向系統(tǒng)提供了一定的有功能量，按一般理解我們把它認(rèn)為是電路的損耗。從電壓的矢量三角形中可以看出(圖（e）所示)，控制SVG交流側(cè)的電壓及它相對(duì)于的相位，就可以控制電抗上的電壓，從而控制電流，進(jìn)而控制SVG系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收無(wú)功的性質(zhì)和大小[4]。
　　                          
　　根據(jù)以上所述與SVC裝置相比較而言，SVG裝置不需要大容量的電容器等儲(chǔ)能元件，只需要維持直流側(cè)電壓的較小容量的電容器，大大減小了裝置的體積；而且調(diào)節(jié)速度更快，運(yùn)行范圍更寬；在采用橋式多重化整流技術(shù)和PWM控制技術(shù)后，則可以大大減少補(bǔ)償電流中的諧波含量。所以，SVG具有優(yōu)越的性能，是新世紀(jì)的環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品，它代表動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
　　三、結(jié)束語(yǔ)
　　總之，本文介紹的SVC和SVG二種無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)都具有補(bǔ)償精度高和較優(yōu)越的性能，是環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　【參考文獻(xiàn)】
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　　[4]李景祿,實(shí)用配電網(wǎng)技術(shù)[M].河北：中國(guó)水利水電出版社，2003.06。