1 引言
隨著國民經濟的發(fā)展和現(xiàn)代化技術的進步，電力網負荷急劇增大，對電網感性無功要求也與日懼增。特別是如可逆式大型軋鋼機、煉鋼電弧爐等沖擊負荷、非線性負荷容量的不斷增加，加上普遍應用的電力電子和微電技術，使得電力網發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動閃變和三相不平衡等，產生電能質量降低，電網功率因數(shù)降低，網絡損耗增加等不良影響。近年發(fā)展起來的靜止型無功補償裝置(static var compensator，下簡稱svc)是一種快速調節(jié)無功功率的裝置，已成功的應于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負荷的補償上。而晶閘管控制電抗器型(稱tcr型)svc用晶閘管控制線性電抗器實現(xiàn)較快、連續(xù)的無功功率調節(jié)，由于它具有反應時間快(5~20ms)，運行可靠，無級補償、分相調節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣和價格便宜等優(yōu)點。tcr裝置還能實現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對稱負荷的能力，因而其應用最廣。尤其是在冶金行業(yè)中，使用例子也最多。

2 tcr+fc型svc系統(tǒng)的組成及控制原理
2.1 系統(tǒng)組成
tcr+fc型svc系統(tǒng)的組成如圖1所示，一般由tcr、濾波器(fc)及控制系統(tǒng)組成。通過控制與電抗器串聯(lián)的兩個反并聯(lián)晶閘的導通角，既可以向系統(tǒng)輸送感性無功電流，又可以向系統(tǒng)輸送容性無功電流。該補償器響應時間快(小于半周波)，靈活性大，而且可以連續(xù)調節(jié)無功輸出，缺點是產生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。

圖1 tcr+fc型svc系統(tǒng)的組成
2.2 可調控電抗器相(tcr)產生連續(xù)變化感性無功的基本原理
如圖2(a)所示，u為交流電壓。th1、th2為兩個反并聯(lián)晶閘管，控制這兩個晶閘管在一定范圍內導通，則可控制電抗器流過的電流i，i和u的基本波形如圖2(b)所示。

圖2 可調控電抗器相(tcr)產生連續(xù)變化感性無功的基本原理
α為th1和th2的觸發(fā)角，則有
i=(cosα-cosωt)
i的基波電流有效值為:
i=(2π-2α+sin2α)
式中:v為相電壓有效值;
ωl為電抗器的基波電抗(ω)。
因此，可以通過控制電抗器l上串聯(lián)的兩只反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)角α來控制電抗器吸收的無功功率的值。
2.3 恒無功控制、保證功率因數(shù)及電壓波動
控制系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。svc連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定容性無功功率qc，通過具有完好線性特征的補償電抗器的電流決定了從補償電抗器輸出的感性無功值qtcr，感性無功與容性無功相抵消，只要qn(系統(tǒng))=qv(負載)-qc+qtcr=恒定值(或0)，功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動。

圖3 控制系統(tǒng)的基本組成
最重要的是精確控制晶閘管觸發(fā)，獲得所需的電抗器的電流。根據采集的進線電流及母線電壓經乘法器后得出要補償?shù)臒o功功率，計算機發(fā)出觸發(fā)脈沖，光纖傳輸?shù)矫}沖放大單元，經放大后觸發(fā)晶閘管，得到所補償?shù)臒o功功率。
2.4 無源濾波器(fc)
無源濾波器(filter compensatior，簡稱fc)，是現(xiàn)階段最常見、最實用、也是有效的抑制高次諧波的措施。由電容器、電抗器，有時還包括電阻等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點，對某次諧波或以上諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波和無功補償?shù)淖饔?。分為單調諧波濾波器，雙調諧波濾波器和高通濾波器(減幅濾波器)等幾種。
高通濾波器(減幅濾波器)又可分為一階、二階、三階和c型。如圖4所示:無源濾波器(fc)在設計時應注意的問題:

圖4 高通濾波器
(1) 濾波器發(fā)出的無功應滿足補償功率因數(shù)，抑制電壓波動及閃變的要求;
(2) 選取的濾波電容器的額定電壓應保證濾波器的安全可靠運行;
(3) 濾波器的分組應滿足濾除諧波電流的要求;
(4) 濾波器設計時應進行充分的計算機仿真及數(shù)據庫優(yōu)選，經多個方案比較，選擇最佳方案;
(5) 對選定的濾波器應進行濾波器各種運行方式下的計算機仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振;
(6) 對濾波器的安全運行應進行仔細校驗。

3 tcr+fc型svc的應用舉例
2005年由遼寧榮信電力電子股份有限公司為安陽鋼廠新上了一套tcr和fc補償容量分別18mvar和 17mvar的tcr+fc型svc。該工程負荷主要為兩臺粗軋機(2×4200kw同步電機)。經過晶閘管變流調速裝置進行調速，過載倍數(shù)為2倍。這些設備掛接在6kv母線上，系統(tǒng)最小短路容量為238mva。上輥定子整流變壓器容量為3000kva，連接組別為d/d0 3臺，下輥定子整流變壓器容量為3000kva，連接組別為d/y11 3臺。由于整流變壓器采用了d，y接法，故可以消除3的整數(shù)倍次的高次諧波，從而使注入電網的諧波電流只有5、7、11……等諧波。經計算粗軋機最大無功沖擊為15120kvar，6kv母線最小短路容量為238mva。電壓波動國標允許值為2%。所以允許無功波動為:
△q=sdmin×△u%=238×2%=4.76mva
補償容量為:
qmax-△q=15.12-4.76=10.36mvar。
為留有余量，取11mvar。
總計算負荷為19407kva，平均功率因數(shù)從0.75提高到0.95所需要補償?shù)臒o功為6.45mvar?？偵纤?，按電壓波動選擇容量，tcr及fc的容量均為11mvar。經仿真計算，濾波器總容量:15mvar，基波補償容量為11mvar，分為h3、h5、h7三個通道。h3次濾波器安裝容量為4.2mvar,補償容量為3.21mvar;h5次濾波器安裝容量為6mvar,補償容量為4.25mvar;h7次濾波器安裝容量為5.4mvar,補償容量為3.54mvar;主接線系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 主接線系統(tǒng)圖

4 結束語
目前，tcr＋fc型svc已在冶金行業(yè)得到了廣泛的應用。也取得了顯著的效果。已經形成了成熟的技術方案。另外，svc還有晶閘管投切電容器(tsc)型、飽和電抗器型(sr型)、晶閘管控制高阻抗變壓器型(tct)等形式。對svc的發(fā)展研究主要集中在控制策略上，如模糊控制、人工神經網絡和專家系統(tǒng)控制系統(tǒng)也被引入svc控制系統(tǒng)，使svc系統(tǒng)的性能更加提高。而且隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了以大功率可關斷晶閘管(gto)器件代替普通的晶閘管構成的靜止無功發(fā)生器(static var generator，簡稱bbb)。由于其具有響應速度快，吸收無功連續(xù)、產生的高次諧波量小、調節(jié)范圍廣、損耗與噪聲小等特點，使其成為未來無功補償技術的發(fā)展方向。