摘要： 阐述了静止无功补偿装置（SVC）对改善电网枢纽点的电压控制；提高静态和暂态稳定性，增加输电能力；抑制系统暂时（工频）过电压；增加阻尼，抑制低频和次同步振荡，提高输电功率；改善直流换流站动态无功补偿性能等功能，以及在国内外高压输电系统中的应用情况,并给出了应用实例。我国电网正处在快速发展阶段，随着输电系统SVC技术国产化的成功，SVC在国内电网中的应用会有广阔前景。
关键词： 电力系统；输电系统；静止无功补偿装置（SVC）；晶闸管控制电抗器（TCR） 0 引言
随着我国经济的持续增长，电力需求增长迅猛，从总体上看电力供应紧张已成为经济运行中的突出矛盾，全国电力缺口在30GW以上。尽管各区域已经基本形成500kV（包括西北330kV）的主干网架，但是还存在一些问题，如主干网架较薄弱，长期存在单回线路运行，地区间联络容量不足，电网稳定水平偏低等。这些都制约着电力的输送能力，也降低了电网运行的灵活性［1］。为此，国家电网公司启动了改造骨干电网、建设特高压电网工程；并为提高电网的安全、稳定和经济运行水平，于2004年8月24日以生［2004］435号文发布了《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》。该文规定了系统中无功补偿配置的基本原则，明确了500（330）kV及以下各电压等级变电站（包括电力用户）的无功补偿要求，其中第五条规定：“受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时，应通过技术经济比较，考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。”
动态无功补偿装置，即一般称为静止无功补偿装置（Static Var Compensator，SVC），主要分为2大类产品：一类是直接用晶闸管控制的；另一类是利用铁磁饱和特性调节的。它具有很多功能，凡是需要对无功进行连续和快速控制的地方都可以用SVC来满足以下一个或多个要求：①改善电压控制；②提高静态和动态稳定性；③降低暂时过电压；④阻尼系统的低频和次同步振荡（SSR）；⑤减小电压和电流的不平衡；⑥减小由于电压波动引起的照明闪烁（称为“闪变”）；⑦抑制谐波；⑧提高功率因数。
使用晶闸管的SVC有以下几种结构：晶闸管控制电抗器（TCR）；晶闸管控制的高阻抗变压器（TCT）；晶闸管投切电容器（TSC）；TCR+TSC混合装置；TCR+固定滤波器（或机械投切滤波器）的混合装置。其中，TCR装置由于性价比较好，响应速度快（10～20ms），因而已成为SVC技术的主流。
20世纪80年代至90年代初，我国为提高500kV输电线受端系统电压稳定性，提高供电质量，降低网损，在电网中先后引进了6套TCR型SVC。但目前这6套SVC约有一半已停用。进入90年代，随着电力电子技术的不断发展和控制技术的不断提高，国外TCR型SVC在工业领域和输配电领域已得到广泛应用。2001年，中国电力科学研究院推出了具有完全自主知识产权的6～35kV
TCR型SVC新平台，并将其成功地应用到工业用户（交流电弧炉、轧机）治理工程及电网变电站无功电压控制上，它在技术平台上已经同国外各大公司处于同等水平［2］。2004年，国产TCR型SVC第一次成功地应用在我国电网中220kV枢纽变电站。
利用铁磁饱和特性的SVC的结构有：直流控制饱和电抗器（DCR）；自饱和电抗器（SR）；磁控电抗器（MCR）。DCR和SR型SVC由于损耗大、噪声大、有效材料消耗多，目前已不再推广使用。MCR是前苏联首先研制成功的，实际上是DCR的改型，但结构上有较大不同，它由跨接于绕组间的晶闸管控制铁心饱和度来改变无功功率。该装置的响应速度较慢（0.3s），损耗较大，但可以做成超高压直挂式，运行维护简单，占地小，造价低，目前在俄罗斯、乌克兰和巴西已有不少工程应用。俄罗斯已研制成500kV，180MVA三相可控电抗器。我国已能自行生产小容量装置，并已成功地在几个电气化铁道牵引站中投运（容量4.5Mvar以下）［3］。预计这种装置在限制超高压输电线路的工频过电压和补偿慢速变化的动态负荷上有应用前景。
本文主要对TCR型SVC装置在高压输电系统中改善电压控制、提高稳定性、增加输电能力、阻尼系统振荡、降低工频过电压等功能加以阐述，并辅以国内外典型实例，以期达到对SVC装置在输电系统中的应用有较全面的认识。
1 改善电压控制
电网负荷中心枢纽点电压关系到系统电压的稳定性和广大用户的电压质量，采用SVC技术能有效解决电压控制问题，早已被国内外大量工程实践所证实，但国产SVC（TCR型）在我国电网中的成功应用仅开始于2004年。
鞍山红一变是东北电网220kV枢纽变电站之一，站内有2台120MVA、2台80MVA主变压器，总容量为400MVA，主要肩负鞍山钢铁公司的供电任务。过去电压调整采用1939年制造的2台总容量为90Mvar的调相机，后来1台报废，另1台只能发20Mvar的无功，也面临报废，因此在该变电站用SVC取代调相机已势在必行。经充分的方案论证，鞍山红一变100Mvar
SVC示范工程被列入2002年国家电网公司科技计划，并于2003年8月被列入国家“十五”重大技术装置研制计划；2003年11月开工，2004年9月正式投运成功。图1为鞍山红一变主接线简图。
图1 鞍山红一变主接线简图
从图1可以看出，装于35kV母线的TCR和滤波器组是这套SVC主要部分。TCR无功容量为80Mvar（感性），滤波器共6个支路，3次、5次和7次各2个，共约提供基波容性无功82Mvar。另外1组固定补偿电容器组直接挂接于66kV母线，提供约19Mvar容性无功。SVC的调节策略采用多目标、多反馈方式，即实现滤波器开关投切、变压器分接头有载切换、晶闸管触发角协调控制，并顾及阻尼低频振荡及抑制SSR的能力。这套SVC动态无功调节范围为-100～+56Mvar，响应时间≤20ms，总损耗≤0.8%。投入后，使鞍山红一变66kV母线的平均电压由64.85kV提高到了66.1kV，电压波动（鞍钢冲击负荷造成的）由最大10%降到0.5%以下。经仿真计算分析表明，SVC提高了系统阻尼，使鞍山受电断面有功输送能力提高了4.4%。当SVC出力在85Mvar时，可使系统减少一次有功网损2.13MW。本套SVC装置总造价还不到国际通用造价的一半。鞍山红一变SVC的投运成功，标志着我国拥有自主知识产权的输电系统SVC技术已进入实用化阶段。
2 提高静态和暂态稳定性 增加输电能力
在远距离输电系统的末端和中间站设置SVC装置，只要容量和技术性能（即响应速度与灵敏度等）合适，一般可在该处建立电压支撑点。这些电压支撑点可把全线分成若干段，每段各自按照近于90°的传输功率角输电。在加拿大魁北克735kV输电工程中，此种作用最为明显［4］。图2为魁北克735kV输电系统方案比较。
图2 魁北克735kV输电系统方案比较
魁北克水电局为将该省拉·格兰德河和拉剖第河上的16000MW水电送至负荷中心蒙特利尔，原方案需架设10回735kV输电线，现方案只有6回735kV输电线，另外在4个变电站分别安装8组300
Mvar总计2400Mvar的SVC装置，取得了很好的经济效益，而且稳定性也很好。原方案不但多安装了4回735kV输电线，而且当拉剖第变电站发生单相接地时还不能维持暂态稳定性。
3 抑制系统暂时过电压
远距离输电线在空载充电或轻载时，由于对地电容效应的存在，因而会在线路末端造成工频电压升高；如果送端系统较弱，则送端电压也会有所升高。由于超高压系统的绝缘水平裕度较小，所以这种工频过电压就构成安全运行的严重威胁。目前一般是靠装设固定连接的并联电抗器来吸收过剩无功，以抑制工频过电压。可是固定连接的大容量并联电抗器会带来一些不利影响：①增大波阻抗，减少自然功率值和线路传输能力；②在重载输电时，仍需给电抗器提供大量无功，这就要求受端系统增大无功补偿和相应投资；③因电抗器有持续的有功损耗而增大了输电成本。
纳米比亚400kV Auas变电站330Mvar SVC是这方面的很好实例［5］。为了给其首都温得和克及北部地区供电，Nampower公司新建了一条长890km的400kV输电线，把纳米比亚和南非Eskom高压输电系统连接起来。由于长距离输电线路有很大的对地电容，致使在系统轻载或暂态时Auas变电站会出现很高的工频过电压（480～540kV），这将使Nampower系统无法运行，因此在Auas变电站安装了1套ABB公司生产的TCR型SVC。图3为Auas变电站未安装SVC时的工频过电压波形图。图4为Auas变电站安装SVC的单回线图。
图3 Auas变电站未安装SVC时的工频过电压波形图
图4 Auas变电站安装SVC的单回线
Auas变电站SVC的动态范围值是330Mvar（+250～-80Mvar），安装的主要目的是控制系统电压，尤其是已达到1.7pu的极端过电压，这个过电压是50Hz附近的谐振结果。250Mvar的感性无功由3台晶闸管控制的电抗器（TCR）来提供，第4台TCR则处于备用。在系统稳态运行期间，2台同样的40Mvar的3次和5次双调谐滤波器被用来减少谐波，并提供容性无功功率。实时仿真计算表明，在无SVC时，工频谐振电压可达1.6pu
；投入SVC后，可将工频谐振电压抑制到1.3pu以下。
4 增加阻尼 抑制振荡 提高输电功率
电力输送的能力会受系统阻尼不足的限制，改进阻尼的一般方法有：在发电机的励磁系统中装设稳定控制器（PSS）或对阻尼有适当控制的SVC。PSS是一项投资较节省的方法，因此必须首先加以考虑。但是，采用PSS时必须注意下列情况［6］：①当采用PSS后，暂态稳定性的极限将被减少；②较好的阻尼性能往往只在有限的频带范围内能达到，临界振荡频率随着电力系统的不同方式而变化，所以要获得最佳的整定值比较困难。
用SVC加强阻尼是一项功能更强的方法，其优点：①SVC可以装设在电力系统的任何地点，这就是说可选择最有利的安装地点；②能做到瞬时控制无功功率；③控制程度能选择，既能提高暂态稳定性，又能加强阻尼；④SVC可以同时兼作不同的用途，只要选择不同的优先次序及不同的控制方式即可实现；⑤不论电网经受何种干扰，也不论振荡频率是多少，均可获得对电网的最佳效果。
瑞典与丹麦之间有2条联络线，1条为400kV架空线，另1条为130kV 电缆线。当400kV架空线因发生三相短路而切除时，电缆联络线上曾产生持续的电压振荡和功率振荡，振荡周期在3s左右。在丹麦侧投入100Mvar（TSC型10×10Mvar）的SVC装置后，振荡马上受到抑制并在9s前后平息，效果相当好。安装SVC前后130kV电缆联络线上的功率振荡曲线如图5所示。
图5 安装SVC前后功率振荡曲线对比
实际上，在系统中采用SVC以增加阻尼，抑制低频或次同步振荡，提高输电功率还有很多实例。下面以澳大利亚墨尔本郊外400kV Rowville变电站为例进一步说明［7］。在Rowville安装了2套完全相同的SVC，其控制范围是从100Mvar容性至60Mvar感性。这2套无功补偿器所取得的效果：①从Latrobe至墨尔本市的输电能力增加了约600MW；②从维多利亚输送到新南威尔士雪山地区的功率增加了130～300MW；③维多利亚的输入能力增加了200MW；④墨尔本地区的电压控制得到了改善。必须指出，虽然澳大利亚的发电机都装有PSS，但系统中如果仅依靠发电机的PSS作用，阻尼有时不够。采用SVC来增加阻尼作用较易实现，可以在原有的电压控制系统中加配阻尼模式功能即可。
5 换流站的动态无功补偿
高压直流输电是一种与交流输电相辅相成的先进输电方式。直流输电系统有时需要采用SVC来解决以下问题：①补偿无功。整流站及逆变站各需40%～60%的补偿无功，这些无功应通过交流滤波器、并联电容器、并联电抗器、同步补偿机及SVC等按具体情况进行配备来满足。②吸收谐波。③调整电压。④抑制过电压，降低绝缘要求。
图6为一受端母线短路容量仅为直流联络线功率2倍的直流输电线，在受端换流站加装SVC与同步补偿机（SC）后的动态性能比较图［8］。为了增加受端系统的短路容量，采用SC是必要的，但SC响应速度太慢，不能满足故障后功率恢复的要求［见图6(b)］。而加装SVC后则能在短时内恢复正常输电［见图6(c)］。
图6 HVDC输电系统加装SVC与SC后的动态性能比较
6 结束语
目前，我国已形成了由北到南的长链式电网结构。虽然二十几年来，中国电网稳定破坏事故次数呈现大幅度下降趋势，但随着电网规模的扩大和运行环境的日益复杂，当前的电网安全稳定形势不容乐观。应该看到部分电网还存在送电、受电的受阻问题，输电断面潮流较重，长期接近甚至超过稳定极限运行，检修困难；部分电网存在无功补偿不足、电压难以控制问题［9］。显然，SVC技术对解决上述问题具有相当重要意义。当然，具体的最佳解决方案应通过深入细致分析，作技术经济比较后才能得到。随着输电系统SVC技术国产化的成功，SVC在国内电网中的应用有广阔前景。
7 参考文献
［1］ 吕建平. 2005年我国电网发展趋势及政策取向.供电企业管理，2005，（2）：4～9.
［2］ 林海雪.我国电能质量的产业发展及应关注的问题.电力设备，2005，6（9）：36～39.
［3］ 唐寅生，曲振策. 基于MCR的SVC及其广阔前景. 电力电容器，2003，（1）：1～5.
［4］ 刘倬云. 介绍静止型无功动态补偿装置. 电网技术，1980，（3～4）：24～47.
［5］ 苏玲，宋珊，陈建业.静止无功补偿器（SVC）应用的最新进展.国际电力，2004，8（1）：44～49.
［6］ Torseng S. 静止无功补偿器还是开关操作的电容器之选择. ABB Power System TR/LH 88-402，1988.
［7］ Bolden R L. Use of stabilising signals on static compensators to
enhance the damping of power systems. Symposium on Static Var Systems. Capricornia
Institute, Rockhampton, Australia, Nov.1985.
［8］ Erinmez I A，et al. Static var compensators. CIGRE Working Group
38-01 Task Force No.2 on SVC，1986.
［9］ 国家电力调度通信中心. 二○○五年国家电网公司系统电网运行方式分析. 2005，7.
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