静止无功补偿器（SVC）是一种静止的并联型无功发生或者吸收装置，是在机械投切式电容器和电抗器的基础上，采用大容量晶闸管代替机械开关而发展起来的。在外特性上，静止无功补偿器可视作并联于系统或负荷的可控容抗或感抗。它可以快速地改变其发出的无功功率，具有较强的无功调节能力，可为电力系统提供动态无功电源，将系统电压补偿到一个合理水平。静止无功补偿器通过动态调节无功功率，抑制冲击负荷运行时引起的母线电压波动和闪变，有利于暂态电压恢复，提高系统电压稳定水平。

静止无功补偿器是目前电力系统中应用最多、最为成熟的动态无功补偿设备，也是较早得到应用的灵活交流输电装置之一。静止无功补偿器不仅可以在调节系统电压、提高系统稳定性以及抑制冲击负荷影响、降低网损等方面发挥较大作用，同时也是改善电网潮流分布和提供电压支撑的重要技术措施。

静止无功补偿装置的拓扑结构有很多种，主要包括晶闸管控制电抗器（ThyristorControlledReactor，TCR）、晶闸管控制高阻抗变压器（ThyristorControlledTransformer，TCT）、晶闸管投切电容器（ThyristorSwitchedCapacitor，TSC）、TCR+TSC混合型、TCR+固定电容器（FixedCapacitor，FC）混合型等。目前国内使用最多的为TCR+FC型，下面重点对此种结构的静止无功补偿器进行介绍。

TCR+FC型静止无功补偿器一般由一个晶闸管控制电抗器支路以及相应的固定电容器支路构成，如图2-1所示，其中无功调节部分由晶闸管控制电抗器支路完成。

由图2-1中可见，晶闸管控制电抗器支路一般由固定电抗器、两个反并联晶闸管（或双向导通晶闸管）串联组成。相控晶闸管阀部分往往采用多个反并联晶闸管级串联而成，以满足需要的电压和容量要求。

通常晶闸管控制电抗器容量大于固定电容器容量，以保证既能输出容性无功又能输出感性无功。固定电容器通常接成星形，并被分成多组。实际应用中，每组电容器常用一个滤波网络（LC或LCR）来取代单纯的电容器支路。滤波网络在工频下等效为容抗，而在特定频段内表现为低阻抗，从而对晶闸管控制电抗器产生的谐波分量起滤波作用。SVC结构

图2-1TCR+FC型SVC结构示意图

静止无功补偿器接入系统的等值电路如图2-2所示。

从外特性来看，TCR+FC型静止无功补偿器可以看成并联在系统中的一个可变电纳，在一定的范围内能以一定的响应速度跟踪输入的电纳参考值，使静止无功补偿器发出或吸收无功功率。

晶闸管控制电抗器在电压的每个正负半周的后1/4周波中（即从电压峰值到电压过零点的间隔内）触发晶闸管，此时承受正向电压的晶闸管将导通，使电抗器进入导通状态。一般用触发延时角α来表示晶闸管的触发瞬间，它是从电压最大峰值点到触发时刻的电角度，决定了电抗器中电流i的有效值大小。

图2-3为晶闸管控制电抗器的电流波形，图2-3（a）为正半周的情况，图2-3（b）为负半周的情况。由于电抗器几乎是纯感性负荷，因此电感中的电流滞后于施加于电感两端的电压约90°，为纯无功电流。当α=0°时，电抗器吸收的感性无功最大（额定功率）；当α=90°时，电抗器不投入运行，吸收的感性无功最小。

如果α介于-90°～0°，则会产生含直流分量的不对称电流，所以α一般在0°～90°范围内调节，即0≤α≤π/2。通过控制晶闸管的触发延时角α，可以连续调节流过电抗器的电流在零（晶闸管阻断）到最大值（晶闸管全导通）之间变化，这就相当于改变了电抗器的等效电抗值。

图2-2SVC等值电路

图2-3TCR的电压和电流波形（a）正半周波形；（b）负半周波形

假设接入点母线电压为标准的余弦信号，即

将晶闸管视为理想开关，则在正半波时，电抗器支路上的电流为

式中，基波电抗XL=ωL；L为电抗器的电感值。

当ωt=π-α时，由于支路电流下降到零，晶闸管自动关断。在负半波，当ωt=π+α时，晶闸管反向导通，类似可得到支路上的电流为

通过分析可知，触发延时角α变化时，支路上流过的电流可以连续变化，并在α=0°时取得最大值，在α=π/2时取得最小值。

对支路电流进行傅里叶分解，可以得到其基波分量的幅值为

若定义导通角σ=π-2α，则有

图2-4所示为当α从0°逐渐增加的过程中，电感上电流及其基波分量的变化过程。

在加入固定电容器后，整个TCR+FC型静止无功补偿器的典型电压-电流特性曲线如2-5所示。这个特性曲线体现了静止无功补偿器的硬性电压控制特性，它将系统电压精确地稳定在电压设定值Uref上，Urefmax和Urefmin的典型值分别为1.05倍标幺值和0.95倍标幺值。在其线性控制区域内，静止无功补偿器的端电压随电流或无功功率做线性变化，其中斜率定义如下

式中，ΔU为电压幅值增量；ΔI为电流幅值增量。

斜率的标幺值可表示为

式中，UN和IN分别是静止无功补偿器电压和电流的额定值。

图2-4触发延时角α渐增时TCR电流基波分量的变化

图2-5SVC电压-电流特性曲线

当　时，静止无功补偿器输出额定的无功功率，于是可得

图2-6SVC晶闸管阀的电气结构

1—门极触发；2—分级过压保护；3—晶闸管监控；

4—阀触发编码器；5—阀监视；6—阀保护；

7—阀饱和电抗器（如需要）；8—阀避雷器

因此，斜率还可以定义为当静止无功补偿器输出额定功率时，引起电压变化占额定电压的百分比。

斜率经常用一个等效电抗来表达，即

在线性控制区域内，静止无功补偿器对电压的控制作用可以描述为

式中，ISVC感性时为正，容性时为负。

晶闸管阀是静止无功补偿装置的核心部件。从电气上看，晶闸管阀的基本构成单元为晶闸管级，它由反并联晶闸管及其阻尼电路、直流均压电路以及触发监控板等构成，如图2-6所示。

从结构上看，静止无功补偿器所使用的晶闸管阀体一般为卧式支撑结构，可减少杂散参数的影响，结构更加紧凑，并安装在密闭的阀室内。同时还采用了双重化高电位密闭式水冷却系统，并结合水路并联、防渗漏设计等工艺。35kV电压等级的双层相控晶闸管阀如图2-7所示。SVC晶闸管阀的电气结构

静止无功补偿器中相控晶闸管阀及其支路主要功能如下。

（1）晶闸管元件。晶闸管的主要功能是起到开关的作用。在稳态运行时晶闸管阀被周期性地触发，其触发角α在90°～°，如图2-8所示。这样电抗器的电流可以从零到最大连续进行调节。触发角为90°时，阀的电流是正弦的。触发角在90°～°时，将会产生谐波电流。

（2）均压电路。并联在晶闸管阀上的电阻电容串联电路（也称阻尼或吸收电路），其作用是保证工频电压和开通关断时产生的高频电压均匀分配在每组晶闸管对上。当晶闸管阀开始解锁运行时，晶闸管单元承受的应力取决于运行电压、触发角以及最初设计的保护动作值。晶闸管阀中不同组件的最大电压应力发生在不同的运行条件下。均压电路的最大电压应力为晶闸管未触发时所能达到的最大电压。

（3）阀触发和监控系统。晶闸管元件是由处于地电位控制电路产生的控制信号来触发的，高低电位之间通常采取脉冲变压器的磁耦合或光纤的光耦合来对信号传输进行隔离。其中脉冲变压器的磁耦合方式因功耗大、体积大、电磁兼容性能差、一致性差以及高电压等级绝缘困难等多种原因已被逐步淘汰。

图2-kV电压等级双层相控晶闸管阀

图2-8TCR阀电流i和电压Uv的简化波形

α—触发角；σ—导通角

（4）晶闸管阀电抗器。晶闸管阀电抗器串联到阀上，除了提供感性无功外，在避雷器动作（有避雷器存在时）以及与阀的杂散电容放电引起阀开通时，可减小晶闸管元件的电流应力；在陡波头电压浪涌时，可限制晶闸管阀上的du/dt；另外，还可以减少无线电干扰。

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