无功功率补偿原理

TCR单独使用只能提供感性无功功率，因此经常与并联电容器配合使用。电容器并联后，总无功功率是TCR和并联电容器无功功率抵消后的净无功功率，因此补偿器的总无功电流可以偏置到能吸收容性无功功率的范围。此外，并联电容串上的小调谐电抗器还可以作为滤波器，吸收TCR产生的谐波电流。通过控制与电抗器串联的反并联晶闸管的导通角，感性无功电流和容性无功电流都可以输送到系统。由于其快速响应时间(小于半个周期)、极大的灵活性和连续调节无功功率输出，这种补偿装置是目前在我国输电系统和工业企业中应用最广泛的装置。

TCR+FC SVC的基本原理图如图1所示，补偿前后的电压电流原理图如图2、3所示。单相TCR由两个反并联的晶闸管和电抗器串联而成，而三相TCR一般采用三角形连接。图中，QS是系统提供的无功功率；QL是负载的无功功率，随机变化；QC为滤波器提供的容性无功功率是固定的；QR为TCR提供可调节的感性无功功率。

QS=QL+QR-QC

当负载受到扰动时，SVC可以通过调节晶闸管的触发角来调节TCR发出的感性无功功率，使QR始终能够弥补QL的变化。这样的电路并入电网相当于△QS=△QL+△QR=0。这就是TCR+FC静止无功补偿装置动态补偿无功功率的原理。

将此电路并联到电网上，相当于将交流调压电路连接到感性负载上，此电路的有效移相范围为90o ~ 180o。当触发角α=90o时，晶闸管完全导通，导通角δ=180o，此时，电抗器吸收的无功电流最大。根据导通角与补偿器等效导纳的关系:

BL=BLmax(δ-sinδ)/π

其中BLmax=1/XL。可以看出，增大导通角可以增大补偿器的等值导纳，这会降低补偿电流的基波分量，所以可以通过调节触发角来改变补偿器吸收的无功分量，达到调节无功功率的目的。

图65438 TCR+FC SVC基本原理图。

图2 SVC投运前欠补偿，电压超前电流45，cosφ=0.707。

图3 SVC投运后全补偿，电流电压重合，cosφ=1。

3个应用领域

(1)电弧炉作为非线性、不规则负荷接入电网时，会对电网产生一系列不利影响。其中，主要影响有:电网三相严重不平衡，产生负序电流，产生高次谐波。其中2、4的偶次谐波和3、5、7的奇次谐波普遍存在，使得电压畸变更加复杂，存在严重的电压闪变。

SVC具有快速动态补偿和快速响应的特点。它可以快速向电弧炉提供无功电流，稳定母线电网电压，并将闪变的影响降至最低。SVC的分相补偿功能可以消除电弧炉引起的三相不平衡，滤波装置通过向系统提供容性无功功率，可以消除有害的高次谐波，提高功率因数。

(2)轧机等大型电动机的对称负荷引起电网电压下降和电压波动，严重时使电气设备无法正常工作，降低生产效率和功率因数；负载会在输电装置中产生有害的高次谐波，主要是以5、7、11、13为代表的奇次谐波和边频，严重畸变电网电压。安装SVC系统可以解决上述问题，保持母线电压稳定，不受谐波干扰，功率因数接近1。

(3)城市二级变电站(66kv/10kv):在区域电网中，电容器组一般分阶段投切，以补偿系统的无功功率，提高功率因数。这种方法只能向系统提供容性无功功率，不能随着负荷的变化快速准确地进行调节。在保证母线功率因数的同时，容易对系统造成无功功率，提高母线电压，危及电气设备和系统的稳定性。

TCR结合固定电容器组FC或TCR+TSC可以快速准确地补偿容性和感性无功功率，稳定母线电压，提高功率因数。此外，在改造旧的补偿系统时，在原有固定电容器组的基础上，只需增加晶闸管相控电抗器(TCR)就能以最少的投入达到最佳的效果，成为提高地区电网供电质量最有效的方法。

(4)电力机车供电:电力机车的运输方式既保护了环境，又对电网造成了严重的“污染”。由于电力机车是单相供电，这种单相负载造成供电网络三相不平衡严重，功率因数低。目前世界各国解决这一问题的唯一途径是在铁路沿线适当位置安装SVC系统，通过SVC的分相快速补偿功能平衡三相电网，通过滤波装置提高功率因数。

(5)矿井提升机:提升机作为大功率、频繁启动、周期性冲击负荷，不仅危及电网安全，还会造成提升机过流、欠压等急停故障，影响矿井生产。因此，对矿井提升机供电系统进行无功功率动态补偿和高次谐波治理，对提高矿井提升机和电网的安全运行可靠性，提高企业的经济效益具有重要意义。

提升机装机功率大，在矿井总供电负荷中占很大比重。随着煤矿生产规模的扩大和矿井的加深，配套提升设备的能力也在不断增加。单机容量达到了2000~3000kW，有的甚至达到了5400kW，单斗提升能力达到了34t。启动这么大的负载会对电网造成很大的冲击电流，无功电流分量大，功率因数低。因此，大功率提升机对供电网络的容量和稳定性要求更高。

其中，大功率提升机的主要问题有:

引起电网电压下降和电压波动；

一般存在2、4阶偶次谐波，3、5阶奇次谐波等高次谐波，使得电压畸变更加复杂。

低功率因数；

彻底解决上述问题的途径是用户必须安装响应速度快的动态无功补偿器(SVC)。SVC系统的响应时间小于lOms，完全可以满足严格的技术要求。

(6)远距离输电:目前全球电力正趋向高电网、远距离输电、高能耗，这也迫使输配电系统更加有效。SVC可以明显改善电力系统的输配电性能，这一点在世界范围内已得到广泛证明，即在不同电网条件下维持电压平衡时，可以在电网中一个或多个合适的位置安装SVC，以达到以下目的:

稳定弱电系统电压降低输电损耗

增加传输功率，让现有电网发挥最大功率。

增加瞬态稳态极限

在小干扰下增加阻尼

增强电压控制和稳定性

缓冲功率振荡

(7)其他通用字段

随着油田、水泥化工等领域的节能改造，传动、变频调速等电力电子装置较多，产生有害的高次谐波，危害其他用电设备，导致其他用电设备的功率效率降低，发热寿命缩短。