高压动态无功补偿及滤波装置（TCR型SCV）

高压动态无功补偿及滤波装置（TCR型SCV）
设备概述
SVC装置由晶闸管控制电抗器（TCR）和高压无源滤波器(FC)构成。控制系统根据负荷工作状态改变与电抗器串联的晶闸管的导通角，从而改变电抗器提供的感性无功，起到平滑调节供电系统无功功率的作用。
SVC=FC+TCR
TCR: Thyristor Controlled Reactor晶闸管控制电抗器
SCV: Static Var Compensator静止型动态无功补偿装置
[高压动态无功补偿及滤波装置主要设备构成]
1.全数字控制柜
2.晶闸管阀组
3.主电抗器
4.纯水冷却系统
5.FC滤波回路
   

[SVC高压动态无功补偿及滤波装置简介]
.  基于DSP的全数字控制系统，具有运算速度快、处理数据量大，实现实时控制量计算。
• 采用柜式结构，实现外来干扰屏蔽，抗干扰能力优越。
• 控制整个系统的运行。
• 采用卧式结构，晶闸管叠装压接式，纯水冷却、内取能、内阻尼、空气绝缘、BOD保护。
• 晶闸管选用ABB优质产品，电气性能良好，串联使用控制电抗器的投入与切除。
• 主电抗器，通过晶闸管阀组连接到SVC系统中，成为SVC最重要的部分。
• 电抗器为空心、干式、铜线或铝线环氧固化型，线形度高、噪音小、 动热稳定性好，绝缘冷却、内取能、内阻尼、空气绝缘、BOD保护。
• 晶闸管选用ABB优质产品，电气性能良好，串联使用控制电抗器的投入与切除。
• 主电抗器，通过晶闸管阀组连接到SVC系统中，成为SVC最重要的部分。
• 电抗器为空心、干式、铜线或铝线环氧固化型，线形度高、噪音小、 动热稳定性好，绝缘强度高，散热好。
• 通过晶闸管的相位控制达到动态无功补偿的目的。
• 主要设备采用国外著名公司进口元件，主循环泵、等离子交换机、精密过滤器等核心机构采用不锈钢316L材质。
• PLC程序控制，保护、报警功能完备。
• 无腐蚀，无污染，符合环保要求。
[TCR型SVC技术特点]
1. 动态相应时间快，实现平滑调节。
采用基于DSP的全数字化控制，动态相应时间小于10ms.
2.运行可靠，保护措施齐全，维护量小。
系统信息传递采用光缆传递，光电方式转换，抗干扰能力好。
3.控制灵活，调节方式多样。
可按无功电压或无功功率投切，可手动/自动转换，分相投切。
4.采用封闭纯水冷却系统，冷却效率高，运行可靠。
5.可以实现电能质量根本优化。
装置投运后功率因数可达0.95以上，消除电压波动及闪变，三相平衡符合国际标准。
SVC工作原理
TCR+FC型SVC全称如下：
 
SVC的调节器自动跟踪负荷（具有严重冲击无功功率）的工作状态，发出与冲击负荷相关的TCR晶闸阀的触发脉冲。 通过光电转换及高压光缆的传递，使触发脉冲触发各晶闸管。 不同的触发角，改变了TCR主抗器的电流量，从而改变了TCR回路的感性无功率量。
 通过TCR回路的感性无功功率的跟随作用，使用户流入电网的无功功率趋于零（或一定值）见图1、2、3。
由于晶闸管阀及电子设备的动态响应很快，即实现了动态补偿的功能。依靠FC回路的作用，滤除谐波电流，见图4。
通过调节器的检测，运算和调节作用使SVC平衡负荷的不对称有功负荷，抑制电网的负序分量。
 
图1：TCR+FC型SVC主回路接线图
 
图2：TCR电流及触发角关系图 a.TCR等效回路 b.TCR电流及触发器
  
 
图3：动态无功补偿原理
负载工作在不同的状态所产生的无功功率也是不同的，例如当负载起动时，所消耗的无功功率很大，功率因素很低，补偿器无功功率QLS降为0，此时容性无功功率QC全部用于补偿负载无功功率QL。当负载进入等速运行阶段后，所需的无功功率减小，电容器会产生过补偿，TCR的控制器提供一部分感性无功功率QLS，以补偿容性无功功率的多余部分。当负载停止时，补偿器全部容量投入，用于补偿过剩的容性无功功率QC。
控制器感性无功功率QLS对负载的感性无功功率QL和电容器组的容性无功功率QC起平衡作用，以使系统电压及功率因数保持为恒定值。

  
图4：FC兼滤波器与电网等效筒图及工作原理
  
图5：无功补偿和有功平衡原理
 A-a 1.2相有功过多引起的电压三角形变动（虚线三角形）
B-b 1.2相有功过多引起的电压三角形变动（虚线三角形）
 
 TCR+FC总框图
 
调节器原理图
 SVC装置设备构成介绍
1.TCR晶闸管阀及纯水机
晶闸管叠装压接式、纯水冷却、内取能、内阻尼、空气绝缘，BOD保护。由并联晶闸管多个串联组成，其过电压保护采用国际上先进的BOD器件，它与其他电子器件一起构成晶闸管二次触发回路，使晶闸管免受过电压冲击而损坏。选用世界名牌ABB产优质晶闸管电气特性优良，也可根据用户要求选用国产晶闸管。光电转换，自动完成各高电位电子单元循检，高压光缆传递信号。纯水机提供高纯水作为TCR阀的冷却介质。（水一水型及水一风型）
2.主电抗器
空心、干式、铝线环氧固化型，线性度高，噪音小，动热稳定性好，损耗小，绝缘强度高，散热好。相当于一个可控的感性负载，通过电子调节器和反并联连接的可控硅阀的相位控制，改变补偿电抗器的电流大小，从而达到动态无功补偿的目的。
3.TCR阀的触发监控系统
脉冲编码，光发送，光接收，微机实时监控TCR晶闸管运行状况。TCR阀是高压电力电子设备，它必须解决弱电触发系统与强电高压系统的电位隔离问题。我们采用ABB及西门子公司的光电转换技术，使这一难题得到解决；同时也解决了高压晶管阀工作时的检测问题，它能在低压侧直接运算显示、报警、跳闸。
4.调节器
调节器是晶闸管开关的控制系统，采用西门子或我公司的全数字控制系统（ＡＢＢ公司技术），通过测量、比较、放大、移相触发环节，按一定的调节规律产生晶闸管开关所需要的触发脉冲，控制其触发角大小，调节补充电控器的电流，达到所要求的无功功率。矢量运算、逻辑判别、锁频、锁相、线性化处理，有源滤波、数字触发、运算快，响应时间5-10ms，触发精度≤1个电角度。
程序控制及继电保护: 用DSP实现SVC程序投切及继电保护，用工控计算机实现SVC自动化管理体。
5.滤波电容器组
金属全膜带内熔丝电容器、外设外迷人丝、CT、ZNO、放电线圈、构架等
SVC高压动态补偿装置应用举例
[电弧炉]
电弧炉作为非线性及无规律负荷接入电网，将会对电网产生一系列不良影响，其中主要问题是：导致电网严重三相不平衡，产生负序电流产生高次谐波，其中普遍存在如2、4偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更为复杂化存在严重的电压闪变，功率因数低。
彻底解决上述问题的唯一方法是用户必须安装具有快速响应速度的动态无功补偿器（SVC）。三伊公司生产的SVC系统响应时间小于10ms，完全可以满足严格的技术要求，向电弧炉快速提供无功电流并且稳定母线电网电压，增加冶金有功功率的输出，提高生产效率，并且最大限度的降低闪变的影响，SVC具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。
[轧机及其他大型电机对称负载]
引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率使功率因数降低
负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网电压产生严重畸变安装SVC系统可以完美的解决上述问题，保持母线电压平稳，无谐波干扰，功率因数接近1。
[城市二级变电站（66kv/10kv）]
在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载变化而实现快速精确调节，在保证母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。
SVC系统可以快速精确的进行容性及感性无功补偿，使SVC在稳定母线电压、提高功率因数的同时，彻底、方便地解决了无功倒送的问题。并且，安装新的SVC系统时，可以充分利用原有的固定电容器组，只需增加晶闸管相控电抗器（TCR）部分即可，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效方法。
[远距离电力传输]
全球电力目前正在趋向于大功率电网，长距离输电，高能量消耗，同时也迫使输配电系统不得不更加有效，SVC可以明显提高电力系统输配电性能，这已在世界范围内得到了广泛的证明，即当在不同的电网条件下，为保证一个平衡的电压时，可以在电网的一处或多处适合的位置上安装SVC系统，以达到如下目的：
1.稳定弱系统电压
2.减少传输损耗
3.增加传输能力，使现有电网发挥最大效率
4.提高瞬变稳态极限
5.增加小干扰下的阻尼
6.增强电压控制及稳定性
7.阻尼功率震荡
[电力机车供电]
电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重的“污染”，因电力机车为单相供电，这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及低的功率因数，目前世界各国解决这一问题的唯一途径就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来平衡三相电网，并通过滤波装置来提高功率因数。