SVC與固定無功補償設備協(xié)調(diào)控制實用效果分析

張忠華，胡 杰

（中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，長春 130021）

無功功率補償對于保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，提高供電質量，提高設備運行效率，減少輸電損耗，增大輸送能力等都具有重要的意義［1］。目前變電站中固定并聯(lián)電抗器和電容器是最常用的無功補償裝置，一般裝設于主變壓器低壓側，通過隨時投入／切出作為一種控制系統(tǒng)電壓水平的手段，優(yōu)點是結構簡單、經(jīng)濟方便，目前是我國電網(wǎng)采用的最主要補償裝置；缺點是補償容量固定，對于變動較大的負荷易造成“過補”或“欠補”，不能有效提高功率因數(shù)，而且容易發(fā)生諧振，無法實現(xiàn)濾波等功能［1－2］。

靜止無功補償裝置（SVC）相對于常規(guī)通過斷路器或接觸器投切的固定電容器、電抗器，其特點是能快速、平滑、實時地向系統(tǒng)提供無功，以實現(xiàn)提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，增強電網(wǎng)輸送能力，促進故障后電壓恢復，抑制振蕩等功能［3］。

對于SVC的配置方案、參數(shù)選擇、容量優(yōu)化、運行特性及控制策略等，相關文獻已經(jīng)做了深入研究［4－7］，但多數(shù)關注于對SVC配置本身參數(shù)、容量和控制策略的研究。本文則重點從SVC 與固定無功補償設備協(xié)調(diào)控制的角度出發(fā)，利用PSASP 仿真軟件，研究分析某地區(qū)220kV 變電站中裝設SVC后，與站內(nèi)現(xiàn)有固定無功補償設備在正常運行及事故方式下的控制過程與應用效果，說明SVC與固定無功補償設備協(xié)調(diào)控制對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要意義，同時提出了SVC與固定無功補償設備協(xié)調(diào)控制策略和建議。

1 系統(tǒng)條件及無功配置

某地區(qū)220kV 變電站，共有220kV、110kV、10kV 三個電壓等級，其中220kV 側經(jīng)2回線路與系統(tǒng)相連，110kV 側為所帶供電負荷，10kV 側裝設無功補償設備。站內(nèi)電氣主接線示意圖如圖1所示。

該220kV 變電站所處地區(qū)的220kV 系統(tǒng)網(wǎng)架為長距離大環(huán)網(wǎng)結構，比較薄弱，缺乏大電源提供無功支撐，地區(qū)電壓無功調(diào)整較為困難。為提高變電站電壓穩(wěn)定水平，減小電壓波動，在變電站10kV側已經(jīng)裝設2組單組容量為10Mvar的固定電抗器和5組單組容量為8 Mvar的固定電容器（FC）基礎上，又裝設了1 組容量為－30／20 Mvar的SVC 裝置（FC＋TCR 型），TCR為晶閘管控制電抗器SVC的控制目標為變電站220kV 母線，目標電壓值為225kV。

由于變電站SVC 裝置與固定補償裝置非同步實施，在裝設SVC裝置后，需要研究分析新增SVC裝置與現(xiàn)有固定補償?shù)膮f(xié)調(diào)控制策略及效果。

2 穩(wěn)態(tài)分析

基本方式下的系統(tǒng)運行條件：220kV 出線1功率104 MW－j44 Mvar（流出變電站），220kV出線2功率－88 MW－j1Mvar，負荷140MW ＋j44 Mvar，220、110、10kV 母線電壓分別為225.0、111.1、10.6kV；SVC（FC＋TCR）中，F(xiàn)C 無功功率為20 Mvar，TCR 無功功率為－20 Mvar；2組固定電容，每組8 Mvar，固定電抗0 Mvar。

該方式下，SVC 中的TCR 投入容量為－20 Mvar，F(xiàn)C投入容量為20Mvar，整個SVC既不吸收無功也不提供無功，投入2 組固定電容，每組8 Mvar。

2.1 負荷增加

在基本潮流方式上的基礎上，變電站增加20 MW＋j6.6 Mvar的供電負荷（功率因數(shù)0.95），SVC與站內(nèi)固定無功補償設備調(diào)整控制過程如下：

a.系統(tǒng)負荷增加、電壓水平降低，考慮SVC 中的TCR 進行調(diào)節(jié)減少感性無功，從而使整個SVC向系統(tǒng)提供容性無功，經(jīng)分析當TCR 投入0 Mvar感性無功、整個SVC 輸出20 Mvar容性無功功率時，變電站220kV 母線電壓為224.8kV；

b.電壓水平仍低于目標電壓值，由SVC控制系統(tǒng)發(fā)出指令：投入1組8 Mvar固定電容，則變電站220kV 母線電壓為226.7kV；

c.此時電壓水平略高于目標電壓值，則SVC 中的TCR 進行調(diào)節(jié)增加感性無功，從而減少整個SVC向系統(tǒng)提供的容性無功，經(jīng)分析當TCR 投入8 Mvar感性無功、整個SVC 輸出12 Mvar容性無功時，變電站220kV 母線電壓達到目標電壓值。

負荷增加情況下變電站無功調(diào)整情況如表1所示。

2.2 負荷減少

在基本潮流方式上的基礎上，考慮變電站減少20 MW＋j6.6 Mvar的供電負荷（功率因數(shù)0.95），SVC與站內(nèi)固定無功補償設備調(diào)整控制過程如下：

a.系統(tǒng)負荷減少、電壓水平升高，由SVC 控制系統(tǒng)發(fā)出指令：切除1組8 Mvar固定電容，則變電站220kV 母線電壓為227.1kV；

b.電壓水平仍高于目標電壓值，考慮由SVC控制系統(tǒng)發(fā)出指令：繼續(xù)切除1組8 Mvar固定電容，則變電站220kV 母線電壓為225.4kV；

圖1 220 kV變電站主接線示意圖

表1 負荷增加無功功率調(diào)整情況

c.電壓水平仍略高于目標電壓值，則SVC 中的TCR 進行調(diào)節(jié)，增加感性無功功率，從而使整個SVC向系統(tǒng)提供感性無功功率。經(jīng)計算分析，當TCR 投入22Mvar感性無功功率、整個SVC輸出2 Mvar感性無功功率時，變電站220kV 母線電壓達到目標電壓值。負荷減少情況下變電站無功調(diào)整情況如表2所示。

3 暫態(tài)分析

a.220kV出線1三相故障時有無SVC時的220kV 母線電壓曲線如圖2 所示，SVC 無功輸出曲線如圖3所示。可知在系統(tǒng)發(fā)生故障后，變電站SVC能夠快速調(diào)節(jié)提供無功功率支援（由0 Mvar到20 Mvar），提高了故障后的系統(tǒng)電壓水平。

b.220kV 出線2三相故障后，變電站220kV母線電壓曲線如圖4所示，系統(tǒng)電壓失穩(wěn)，考慮采取切除負荷控制措施，變電站有SVC、切除60%負荷與變電站無SVC、切除67%負荷后電壓曲線如圖5所示?？芍谙到y(tǒng)發(fā)生故障后，通過SVC提供的無功支援，可以減少故障后的切負荷數(shù)量，而在沒有SVC無功支援的情況下，需要增加故障后的切負荷數(shù)量。

c.220kV 相鄰線路三相故障后，變電站有SVC和無SVC時的220kV 母線電壓曲線如圖6所示?？芍谙到y(tǒng)發(fā)生故障后，變電站SVC能夠快速調(diào)節(jié)提供無功支援，抑制了故障后的電壓波動，提高了故障后的系統(tǒng)電壓恢復能力。

4 控制策略分析與建議

根據(jù)前述對不同條件下系統(tǒng)的安全穩(wěn)定計算分析可知，通過采取SVC與固定無功補償設備統(tǒng)一的控制策略，可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定水平和暫態(tài)穩(wěn)定水平，針對變電站中SVC與固定補償設備的運行控制策略及建議如下。

a.SVC 與站內(nèi)固定電容器、電抗器要納入全站統(tǒng)一的無功控制策略中。對固定電容／電抗器的投、切應該由SVC根據(jù)目標值，通過SVC 統(tǒng)一的控制策略自動完成。

b.增加無功功率時考慮先切固定電抗器（或TCR）、后投固定電容器，當投入的電容器導致電壓高于目標值時，再利用TCR 的連續(xù)調(diào)節(jié)功能，增加感性無功，吸收部分容性無功，降低目標電壓。

c.減少無功功率時考慮先切固定電容器，后投固定電抗器，當切除電容器導致電壓低于目標值時，再利用TCR 的連續(xù)調(diào)節(jié)功能，減少感性無功，釋放SVC的部分容性無功，提高目標電壓。

d.正常方式時SVC可以保留最大的動態(tài)容性無功儲備，當系統(tǒng)故障時，SVC 將立即發(fā)出容性無功，TCR 支路快速調(diào)節(jié)釋放動態(tài)無功儲備，為系統(tǒng)提供電壓支撐。

表2 負荷減少時無功功率調(diào)整情況

圖2 出線1故障時有無SVC的電壓曲線

圖4 出線2故障時電壓失穩(wěn)曲線

圖5 出線2故障時有無SVC的切負荷不同母線電壓

5 結論

圖6 相鄰線故障時有SVC和無SVC時電壓曲線

目前變電站SVC建設和實施過程中，往往重點關注對SVC設備本身參數(shù)、容量優(yōu)化等方面的設計及研究，而忽略了SVC投入運行后與現(xiàn)有固定無功補償設備的相互協(xié)調(diào)及控制。深入研究SVC 與固定無功補償設備之間的協(xié)調(diào)控制策略，有利于充分發(fā)揮各無功補償裝置的作用和效果，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定水平，對系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行具有重要的現(xiàn)實意義。

［1］王正風.無功功率與電力系統(tǒng)運行［M］.中國電力出版社，2009.

［2］王兆安，楊君.諧波抑制和無功功率補償［M］.機械工業(yè)出版社，2005.

［3］DL／T 1010—2006，高壓靜止無功補償裝置［S］.

［4］徐式蘊，劉津，趙兵，等.藏中電網(wǎng)SVC 配置方案及補償策略分析［J］.電網(wǎng)技術，2013，37（8）：2136－2141.

［5］周勝軍，談萌，于坤山.電網(wǎng)SVC 參數(shù)選擇研究［C］／／第四屆電能質量及柔性輸電技術研討會論文集.呼和浩特：出版者不詳，2012.

［6］劉福鎖，孫斌，林成，等.提高暫態(tài)電壓安全穩(wěn)定性的SVC量化評估和優(yōu)化配置方案［C］／／2011電力系統(tǒng)自動化專委會學術交流研討會論文集.西寧：出版者不詳，2011.

［7］吳文宣，靳小喜.新塘變電站SVC 運行特性與控制策略［J］.福建電力與電工，2008，28（4）：1－4.

［8］DL 755—2001，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則［S］.

［9］DL／T 723—2000，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術導則［S］.

［10］SD 325—1989，電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術導則［S］.