TCR式SVC与MCR式SVC的区别与比较 - 图文(2)

内的电力系统中应用比较广泛。但该补偿装置输出电流中含有较多的高次谐波，而且电抗器体积大，成本也比较高。

（7） 晶闸管投切电容-晶闸管控制电抗器（TCR+TSC）

TCR+FC型和TSC型补偿器都能有效的补偿系统中的无功电流，但各有自己的缺点，TCR+FC型补偿器容易产生谐波，而TSC型补偿器对于冲击性负荷引起的闪变不能进行很好的抑制。二者的缺点正是对方的优点，所以TCR+TSC型补偿器应运而生。由TCR提供可调的感性无功功率，FC提供容性无功功率，同时作为3，5，7，11次谐波的滤波器，当FC提供的容性无功不足时，TSC投入运行。

（8） 固定电容+磁控式电抗器型（FC+MCR）

FC+MCR型补偿器是由MCR和若干组不可控电容器并联而成。通过控制MCR内部附加直流励磁系统的可控硅的导通角，既可以向系统输出感性无功电流，又可以向系统输出容性无功电流。由于该补偿器除了响应速度稍慢于FC+TCR和TCR+TSC外，它几乎具有了FC+TCR和TCR+TSC的所有优点，而且它还具有装置本身输出电流中几乎不含有谐波，成本较低，占地面积小，不需要专门的冷却系统，安全可靠性高，免维护，不产生漏磁污染等大量的优点，目前正在各个领域广泛应用和推广，使用效果理想，大有取代以前的传统的SVC之势。

总的来说，没有任何一种SVC可以万能地满足所有无功功率补偿的要求。选择特定结构的SVC通常基于如下几个因素：应用的要求、响应速度、运行的频率、损耗、投资成本、噪音等。不过，FC+MCR和FC+TCR是迄今为止最为通用的SVC结构型式，但MCR式SVC要比TCR式SVC性价比更高，更可靠。

二、 TCR式SVC

1. TCR式SVC国内外发展现状

TCR式SVC主要有TCR+FC或TCR+TSC两种结构型式，此类SVC包括与负荷并联的电抗器或电容器或二者的组合，具有可调/可控部分。电容器通常包括与谐波滤波器电路结合成为一体的固定的或机械投切的电容器，或在需要对电容器进行高速或非常频繁投切时所采用的晶闸管投切的电容器（TSC）等型式。SVC装置无功输出呈连续变化，静态和动态地使电压保持在一定范围内，提高系统的稳定性。

国外对这方面的研究始于1977年，美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了其使用晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院（Electric Power Research Institute）的支持下，西屋电气公司（Westing house Electric Corp）制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行。所后世界各大电气公司都竞相推出了系列产品。近十多年来，SVC在世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，已经占据了静止无功补偿装置的主导地位。目前世界上几个著名的电气生产产商（如瑞士ABB公司、德国西门子公司、法国阿尔斯通公司、美国通用电气公司以及日本东芝、三菱等公司）在SVC装置的研制方面都具有较为成熟的技术和经验。其中以ABB公司在其中的份额最大。截至到2005年9月，ABB公司已经给世界各国提供近400套SVC装置（其中输电网SVC约183套，总容量38555Mvar），每年仍提供约8套左右的SVC装置。西门子公司对基于晶闸管控制技术的无功补偿技术的研究也起始于上世纪70年代，第一套SVC产品（TCR型）于1980年被订购。1984年，提供了第一套TSC型SVC。目前，生产的SVC产品达到100多套，总容量7702MVA，涉及19个国家。西门子还在美国的Nucor安装了世界最大的SVC系统，容量达410Mvar。

我国输电系统早在1981年就将ABB公司的第九套和第十套SVC引进，投入凤凰山变电站，至1990年总共有五个500kV变电站（广东的江门、湖南的云田、湖北的凤凰山（两套）、河南的小刘以及辽宁的沙岭）采用6套进口SVC装置，容量在105～170Mvar之间，型式为TCR+TSC或者固定电容器组（FC），每套设备的费用大约在150-275 万美元（当时价）。鞍山某公司于90年代引进乌克兰TCR型SVC技术，采用热管散热、电磁触发，控制器采用单片机等一系列技术，由于总体技术落后，相对进口产品价格较低，机制灵活，在国内钢铁行业推出得到了较广泛的应用。1999年中国电科院在原国家电力公司的资助下开始了“静止无功补偿器实用化技术的研究”，引进ABB、西门子的技术，并在2002年推出了TCR平台，采用了全数字化控制、封闭式纯水冷却、综合自动化、光电触发等技术，并将其成功运行于电弧炉的治理工程。目前中国已能生产配电网用的SVC，价格一般约为200～300元/kvar。但就输电网而言，用于35 kV 以上高电压等级输电系统大容量的SVC国内尚不具备制造能力，特别是关键技术的系统集成能力。2004年中电科院的鞍山红一变SVC国产化工程（35kV，100Mvar，见图1）是国内第一套应用于输电网

络的国产化SVC 产品。但目前国内电气化铁路SVC的使用还很少，且只是在支线上应用。

图1 2004年辽宁鞍山红一变SVC工程

2. TCR式SVC的结构及工作原理

TCR式SVC是并联无功补偿装置中的一种，它通过控制晶闸管的导通角α来控制电抗器在一周波内投入时间的长短，从而控制流过电抗器的电流的有效值，这相当于通过调节电抗的大小，来达到控制其吸收的无功功率大小的目的。 2.1 TCR+FC型SVC的补偿原理

TCR式SVC一般由晶闸管控制电抗器（TCR）支路和几组LC滤波支路组成，兼顾滤波和动态无功补偿。TCR+FC型动态无功补偿器的单相原理图如图2所示。 其中的LC支路为固定连接，TCR支路采用触发延迟控制，形成连续可控的感性电抗，通常TCR的容量大于FC的容量，以保证既能输出容性无功，也能输出感性无功。

由图2可得稳态下系统无功和谐波电流平衡方程：

QS?QL?Qf?Qc （2-1）

图2 TCR+FC型SVC单相等效接线图

??I??I??I? （2-2） I hLhfhch途中Qf表示负载无功（随机），QL为补偿电抗器提供的感性无功，Qc为固定电容器组提供的容性无功，QS为系统总无功，Ih为谐波电流。

SVC如图2接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc，根据负载无功Qf的变化情况，调节补偿电抗器输出感性无功QL的大小，使得总的感性无功和容性 相抵消，即系统无功QS?QL?Qf?Qc=常数（或0），则能实现电网功率因数等于常数（或1），电压几乎不波动。LC滤波器的投入，理想情况下使流入系统的

??I??I??I?=0 谐波电流IhLhfhch2.2 单相TCR结构与基本原理

图3 TCR主电路示意图

基本的单相TCR的原理结构如图3所示，它由固定电抗器、双向导通晶闸管

（或两个反并联晶闸管）串联组成。TCR正常工作时，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光将导通，使电抗器进入导通状态。一般用触发延迟角（firing delay angle）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的有效值的大小。

图4为TCR的电流波形，图4a为正半周波的情况，图4b为负半周波的情况。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=0°时，电抗器吸收的感性无功最大（额定功率）；当α=90°，电抗器不投入运行，吸收的感性无功最小（空负荷功率）。

如果α介于0°到90°之间，则会产生含直流分量的不对称电流，所以α一般在0°到90°范围内调节，即0≤α≤π/2。通过控制晶闸管的触发延迟角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，相当于改变电抗器的等效电抗值。

设接入点母线电压为标准的正弦信号，即

u(t)?2Usin（2-3） ?t 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由下式确定： Ldi?2Usin(?t) （2-4） dt （a）正半周波电感上的电压电流值 （b）负半周波电感上的电压电流值

图4 TCR的电压和电流波形

由于?t??时i=0，固有： i(t)??di?0l?t??2U sin?td(?t) （2-5）

XL积分得：

12U i(t)??u(t)dt?（2-6） (cos??cos?t) ???t?2???

L?XL其中，基波电抗XL=ωL,L为电抗器的电感值。 根据图4和式（2-6）可得如下结论： （1） 当?t??或?t?2???时，i(t)?0。 （2） 当?t??时，i(t)?imax??t2U(1?cos?)达到最大值。 XL（3） 当???t??期间，电感储存磁能，电流增加；在???t?2???期

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