静止无功补偿技术
电能质量改善及静止无功补偿技术(SVC)
决 问
➢
提高功率因数，减少无功潮流，降低电能损耗；
题
➢
抑制电压波动和闪变；
的
➢
减少非线性负荷引起的电压影响和谐波干扰；
方
➢
三相负荷平衡化；
法
➢
直接好处：免罚款节约电费，提高产量效益。
2. SVC方法
• 功率因数校正的原则
– 无功功率分层分区就地平衡是功率因数补偿的基本原则 – 功率因数补偿的目的，就是要使得负荷接近纯电阻性，
1. SVC目标市场
. SVC
三 5） 电力系统
➢ 使用TCR+FC替代原有FC+变压器有载调压方式，实现无功
市
快速、精确的无级补偿；
场
➢
我国城网和农网使用SVC，可有效降低线路无功损耗，使
电网传输效率提高30％以上；
➢ 据中国机械科学研究院估算，我国未来五年对此类SVC产 品的年需求约为50套/3亿元左右。
市
B. 功率因数低。
场
C. 传动装置会产生有害高次谐波。
据报道，在煤矿中应用SVC，平均吨煤节电10多千瓦时。 节能效益非常客观。
1. SVC目标市场
. SVC
三 3） 冶金行业
电弧炉、轧钢机等大型负载：
A. 电压闪变、高次谐波；
市
B. 电网严重三相不平衡；
场
C. 功率因数低。
SVC效果： ➢ 功率因数0.70.95以上，避免罚款； ➢ 稳定电压，节约电能损耗； ➢ 一般1年左右可收回投资成本。
组的输出功率是波动的，将影响电网的电能质量，如电 压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性电压脉动等。 SVC补偿无功功率，稳定风电场节点电压，降低风电功率
SVG的特点和优势.
SVG的原理、特点及优势1、静止无功补偿技术介绍静止无功补偿技术经历了3代：第1代为机械式投切的无源补偿装置，属于慢速无功补偿装置，在电力系统中应用较早，目前仍在应用；第2代为晶闸管投切的静止无功补偿器（SVC），属无源、快速动态无功补偿装置，出现于20世纪70年代，国外应用普遍，我国目前有一定应用，主要用于配电系统中，输电网中应用很少；第3代为基于电压源换流器的静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM），亦称SVG，属快速的动态无功补偿装置，国外从20世纪80年代开始研究，90年代末得到较广泛的应用。
早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器。
这些补偿措施改变了网络参数，特别是改变了波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗。
无源装置使用机械开关，它不具备快速性、反复性、连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。
20世纪70年代以来，以晶闸管控制的电抗器（TCR）、晶闸管投切的电容器（TSC）以及二者的混合装置（TCR+TSC）等主要形式组成的静止无功补偿器（SVC）得到快速发展。
SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件，它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。
SVC 作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换，同时还具有较快的响应速度，它能够维持端电压恒定。
SVC虽然能对系统无功进行有效的补偿，但是由于换流元件关断不可控，因而容易产生较大的谐波电流，而且其对电网电压波动的调节能力不够理想。
随着大功率全控型电力电子器件GTO、IGBT及IGCT的出现，特别是相控技术、脉宽调制技术（PWM）、四象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展，以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展。
静止同步补偿器，作为FACTS家族最重要的成员，在美国、德国、日本、中国相继得到成功应用。
电压型的STATCOM（SVG）直流侧采用直流电容为储能元件，通过逆变器中电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压。
SVC静止无功补偿原理解析(二)
SVC 静止无功补偿原理解析（二）一、静止无功补偿简述静止无功补偿器（SVC ）于20 世纪70 年代兴起，现在已经发展成为很成熟的FACTS 装置，其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电压和无功补偿），在大功率电网中，SVC 被用于电压控制或用于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR ）和晶闸管投切电容器（TSC ）。
静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。
它不再采用大容量的电容器，电感器来产生所需无功功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃，特别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿静止无功补偿器是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。
它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并联使用。
电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸收无功功率（感性的）。
通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进行），并且响应快速。
二、SVC的组成部分1.固定电容器和固定电抗器组成的一个无功补偿加滤波支路，该部分适当选择电抗器和电容器容量，可滤除电网谐波，并补偿容性无功，将电网补偿到容性状态。
2•固定电抗器3.可控硅电子开关可控硅用来调节电抗器导通角，改变感性无功输出来抵补偿滤波支路容性无功，并保持在感性较高功率因数。
三、（SVC）静止无功补偿装置的用途静止无功补偿器（SVC）是一种由电容器和各种类型的电抗器组成的无功补偿装置，用电子开关来实现无功功率的快速平滑控制。
SVC的应用可以分为2个方面：系统补偿和负荷补偿。
当作为系统补偿时，他的作用主要有：维持输电线路上节点的电压，减小线路上因为功率流动变化造成的电压波动，并提高输电线路有功功率的传输容量和电网的静态稳定性；在网络故障情况下，快速稳定电压，维持线路输电能力，提高电网的暂态稳定性；增加系统的阻尼，抑制电网的功率振荡；在输电线路末端进行无功功率补偿和电压支持，提高电压稳定性等等。
无功功率补偿---静止无功发生器
ASVG是目前最为先进的无功补偿技术，基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式的飞跃，它不再采用大量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换功能特点提高线路输电稳定性在长距离输电线路上安装SVG装置,不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗,抬高线路电压,提高有效输电容量,而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节,阻尼系统振荡,提高输电系统的稳定性。
维持受电端电压，加强系统电压稳定性对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。
而SVG具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功，同时，输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数低。
对电力系统而言，负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落，降低了电压质量，同时，无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率低；对于电力用户而言，低功率因数会增加电费支出，加大生产成本。
抑制电压波动和闪变电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。
负荷的急剧变化导致负荷电流产生对应的剧烈波动，剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化，从而引起受电端电网电压闪变。
引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。
SVG能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
目前，抑制电压波动和闪变的最佳方案是采用SVG。
抑制三相不平衡配电网中存在着大量的三相不平衡负载，典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等，同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。
SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，大大提高供用电的电能质量。
静止无功补偿技术STATCOM
1 STATCOM参数估计——控制角范围
1 2 P * R
*
* PN
Q
*
1 R
*
输出额定无功时
*
R
1 2 * N R 1 * Q N 1 * N
譬如：X =0.2，X/R=5 * R =0.04 * N ， =2.3 P =4% 额定损耗决定了的范围！
N P R
一、STATCOM的基本工作原理
1 STATCOM的等效电压源特性 设有一个并网电压源逆变器，通过某种控制 方式，在其逆变输出侧产生一个这样的正弦电压
• 与电源电压同步（频率相同）
• 幅值可调 • 相位可调（以电源电压为参考）
＝同步发电机
U g
Udc
U U g g
控制与驱动
可调电压源的一种实现方法示例
8 标幺化模型的基准选择 交流侧
U base U S .N
Sbase QSTATCOM . N
Z base
2 U base
uVSI
3 U dc sint 2
Sbase
直流侧
UVSI kV U dc
1 Ubase.dc？ U base kV
9 标幺化模型
交流侧 简化
U S sin
R I
U g U S cos U S sin Ug US cos sin
X R
X X 1 R R
7 基于损耗的潮流分析模型
2 US 2 US Q sin 2 2R
Q
P
R
(sin ) 2
P
本数学模型仅针对电容储能型和单变量控制。
静止无功补偿技术
4静止无功补偿技术_STATCOM
主要内容无功补偿技术的发展 静止无功补偿器（SVC ）技术 静止同步补偿器（STATCOM ）技术一、无功补偿技术的发展补偿方式——动态补偿/静态补偿：是从补偿原理上来讲的。
动态补偿是指补偿电流能自动跟随负荷无功电流的变化而连续变化；静态补偿是指补偿容量在相对比较长的一段时期内（譬如1min以上）是固定不变的。
补偿装置——静止补偿器/机械开关式补偿器：是从补偿装置的调节机构来讲的。
静止补偿器（装置）是指补偿装置的调节机构中没有机械运动部件，譬如SVC、SVG、STATCOM等。
一般而言，静止补偿器属于动态补偿。
两个基本概念⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧有源型无源型按原理划分串联型并联型按结构划分基本类型无功补偿装置的基本类型无功补偿技术的进展慢速无功设备快速无功设备第一代机械开关投切断路器延迟MSC/MSR晶闸管相控开关第二代2 -3 周波SVCPWM 调制开关GTO, IGBT, IGCT第三代1-2 周波STATCOM无关有关有关有关补偿性能与系统阻抗较小较高无负荷时较小无负荷时较高功率损耗小大无无谐波发生量平滑调节平滑调节有级投切有级投切补偿方式快较快快慢响应特性+Q LD ~ -Q LD+Q LD ~ -Q LD Q LD ~0Q LD ~0补偿范围Q VSI = Q LDQ C =Q L =Q LDQ C = Q LD Q C = Q LD 额定容量GTO、IGBT 晶闸管晶闸管接触器、断路器开关器件STATCOM TCR型SVC TSC型SVC FC 固定电容器项目无功补偿装置技术性能的比较DSTATCOM 的特点z响应时间快。
受电容器放电时间所限制，自动投切电容器组装置的响应时间需要几秒钟；SVC的响应时间约为20~100ms；STATCOM装置补偿响应时间可达5ms以内，真正实现动态补偿。
抑制电压闪变或跌落。
STATCOM装置可以有效的抑制电压闪变或跌落。
z 连续补偿，功率因数接近于1.0。
静止无功功率补偿器
(a) TCR
(b) TSC
②晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor, TSC），分相调 节、直接补偿、装置本身不产生谐波， 损耗小。在运行时，根据所需补偿电 流的大小，决定投入电容的组数。由 于电容是分组投切的，所以会在电网 中产生冲击电流。为了实现无功电流 尽可能的平滑调节，一是增加电容的 组数，组数越多，级差就越小，但这 又会增加运行成本；二是把握电容器 的投切时间，最佳投切时间是晶闸管 两端电压为零时，一般TSC都是采取过 零投切。
1.静止无功补偿器的简介 2.静止无功补偿器的结构 3.静止无功补偿器的基本应用
目 5.结语 录
4.静止无功补偿器的发展
静止无功补偿器简介
• 静止无功补偿器(Static Var Compensator)，是将电容器（及电抗器 支路）与输电线路并接，通常接于开关站或变电所母线，通过晶闸管 控制的无功功率动态补偿，调节母线电压和线路无功功率在所需水平 上，从而提高电力系统稳定性，扩大线路输送容量。 • 静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。它不再采 用大容量的电容器，电感器来产生所需无功功率，而是通过电力电子 器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃，特别适用于中高压电 力系统中的动态无功补偿。
④晶闸管控制高阻抗变压器 （Thyristor Controlled Transformer, TCT），优点与TCR 差不多，但高阻抗变压器制造复 杂，谐波分量也略大一些，由于 有油，要求一级防火，只宜于布 置在一层平面或户外，容量在 30MVar以上时价格较贵，而不能 得到广泛采用。
《静止无功补偿器》课件
目录 CONTENTS
• 引言 • 静止无功补偿器的基本原理 • 静止无功补偿器的应用 • 静止无功补偿器的技术发展 • 静止无功补偿器的实际案例分析
01
引言
介绍静止无功补偿器的概念
静止无功补偿器（SVC）：是一种用 于动态无功补偿的电力电子装置，通 过控制电力电子开关的通断，实现对 无功功率的快速补偿。
技术发展面临的挑战和解决方案
技术发展面临的挑战主要包括设备容量和电压等级的提高、损耗和散热问题以及设备可靠性的提高等 。
为了解决这些挑战，需要加强基础研究和技术创新，提高设备的核心性能和可靠性。同时，还需要加 强产学研合作和技术交流，推动静止无功补偿器的产业化和市场化进程。此外，制定相关标准和规范 也是推动技术发展的重要保障。
主要由电容器、电抗器和晶闸管控制 电抗器等元件组成，通过调节晶闸管 的触发角，可以改变电抗器的感性无 功功率，从而实现无功补偿。
静止无功补偿器的重要性
提高电网的稳定性
通过快速响应无功功率的变化， 静止无功补偿器能够有效地抑制 电压波动和闪变，提高电网的稳 定性。
改善电能质量
通过补偿负荷的无功需求，静止 无功补偿器可以降低线路损耗， 改善电压分布，提高电能质量。
提高输电效率
在长距离输电线路中，静止无功 补偿器可以控制线路的充电电容 ，减少线路损耗，提高输电效率 。
课程目标和内容概述
掌握静止无功补偿器的原 理和结构
了解静止无功补偿器的应 用场景和优势
学习静止无功补偿器的控 制策略和算法
掌握静止无功补偿器的安 装、调试和维护方法
02
静止无功补偿器的基本原理
在工业领域的应用
01
电动机的无功补偿
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无功功率的物理意义：
无功功率代表负荷与电源之间能量来回交换的一种量度，是电路中储能元件 与电源间交换功率的最大值。无功功率表示有能量交换，但不消耗功率。
电路的视在功率：S UI 功率因数： P S cos P，Q，S满足如下关系：
S 2 P2 Q2
S
P
Q
中国电力科学研究院
2
0
(UI sin sin 2t )d t
UI cos
电路的无功功率： Q UI sin
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无功功率的基本概念
Q UI sin 电路的无功功率：
当电流的相位滞后电压时，Q为正，Q是消耗在感性负荷的无功功率； 当电流的相位超前电压时，Q为负，Q是消耗在容性负荷的无功功率；
电流有效值
2I cos sin t 2I sin sin(t 2)
与电压相位相同 i p 瞬时有功电流分量 比电压滞后90°iq 瞬时无功电流分量
电路的有功功率：
1 T 1 T P uid t (ui p uiq )d t T 0 T 0 1 2 1 (UI cos UI cos cos 2t )d t 0 2 2
电压合格率= 实际运行电压在允许电压偏差范围内累计运行时间 对应的总运行统计时间 ×100%
电压标准
1、电压偏差=[（实测电压-额定电压）/额定电压]×100%
2、电压波动：某一段时限内电压急剧变化而偏离额定值的状况， 急剧变化是指每秒电压波动大于1%。
3、电压闪变：周期性的电压急剧变化引起电光源光通量的波动， 而造成人眼视觉不舒服的光闪变现象。
缺点：占地面积大，产生较大的谐波
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风电场无功补偿装置
3、静止同步补偿器（STATCOM）
静止同步补偿器（STATCOM）又称静止无功发生器（SVG），1980年 日本三菱公司研制，此后，迅速发展。一般采用全控器件（GTO、IGBT 、IGCT）
静止无功补偿技术
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无功功率的基本概念
*正弦电路中的有功功率和无功功率
设正弦电路的电压和电流为：
电流与电压 相位差
u t 2U sin t
电压有效值
i t 2I sin t 2I cos sin t 2I sin cos t
QC
S
S
'
Q
Q'
2
P'
2、改善电能质量
补偿前：
R P X SQ U S U
补偿后：
U RS P X S (Q QC ) U
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无功补偿的作用
3、减小无功电流
补偿前：
RL
I p
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杆上补偿（方式3）
位置：架空线路的杆塔上
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：补偿公用变压器的无功 1 、远离变电站、出现保护不易配置、控制成本高、维护 工作量大 特点 2、长期固定补偿、应变能力差，能满足基本负荷的补偿
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功率因数
功率因数、或力率:
cos P / S
反映设备合理使用状况； 作用 反映电能利用程度； 反映用电管理水平； 自然功率因数:用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数。 瞬时功率因数：某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。 分类 加权功率因数：在一定时间段内功率因数的平均值。
大用户
配电变 （1）
电动机
（2） （3）
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配网无功补偿
*配电网无功补偿的主要方式 ☆变电站集中补偿； ☆低压集中补偿； ☆杆上集中补偿；
☆用户终端分散集中补偿；
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jX L
I L
U
U
I 1
RS
jX S
E
I 1
I q
I I I 1 p q
补偿后：
I (I I ) I 2 p q C
RL
jX L
I L
U
I 2
RS
jX S
E
I p
U
I C
I 1
I 2 I C
率低；
适应情况：容量较大、负荷平稳且经常使用的用户设备
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风电无功需求的特点
1、风电机组需要从电网吸收无功功率，建立磁场。
如：笼型风电机组，采用鼠笼式发电机
2、随着风机输出有功的变化，无功需求也在变化。
如：风的随机性、塔影效应、风剪切，湍流等
变电站集中补偿（方式1）
位置：在变电站的10kV母线
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：改善输电网的功率因数，提高终端变电站的电压和补 偿主变压器的无功损耗 特点： 管理容易、维护方便； 对配网的降损不起作用；
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经济功率因数：用户的节能效益和电能质量最佳，支付电费
最少的用电功率因数。
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无功功率对电力系统的影响
1、设备及线路损耗增加
设线路总电流为I，线路电阻为R，则线路损耗为：
无功功 RP 2 RQ 2 S 2 P I R R 2 2 率引起 U U U 2、使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会 使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
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电压质量的影响
电压偏差对不同性质负荷的影响 *阻性负荷
影响加热设备额定功率、光通亮、发光效率和 使用寿命
*感性负荷 影响到电感的励磁电流、输出功率、cosψ等
*容性负荷 *输出的Q,影响使用寿命，电压太高甚至爆炸
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低压集中补偿（方式2）
位置：配电变压器0.4kV侧
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
提高专业变压器用户的功率因数 实现无功就地平衡，对配网及配电变压器的降损起到一 作用 定作用 有助于保证该用户的电压水平 特点 随负荷波动投入相应数量的电容器； 以电压或功率因数投切，可能出现过补货欠补的现象 ；
I q
4、降低了因无功流动而引起的有功损耗
P I 2 R
I1 I 2
5、提高供/配电设备的供电能力
供电设备,S相同的情况下，功率因数↑，则P=S×cosφ↑
S
Q
P 中国电力科学研究院
P
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无功补偿方式
1、零补偿 ☆容性电流=感性电流， 零补偿只可能暂时出现 2、欠补偿 ☆容性电流＜感性电流 3、过补偿 ☆容性电流＞感性电流，起到反作用
3、需要足够的无功支持，保证风电机组的低电压穿越能力
如：笼型风电机组，双馈风力发电机组
4、风电场与电网之间有功与无功的流动也会影响到出口电 压的大小。
PR QX U U0 U
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风电场无功补偿装置
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电源电压降低的影响
电源电压降低原因：无功电源不足或缺乏带负荷调压设备
的场合
☆影响和危害：
1、照明设备不能正常发光 2、运行的电动机容易损坏
V降低，造成启动困难，温升增高甚至烧毁
3、电网中电能损耗增加
P（或S）=const，V↓使I↑，网损↑
4、设备容量不能充分利用
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电源电压升高的影响
*发生于电源端部，在400V及昼夜负荷变化大的线路 影响与危害：
1、电动机等电磁设备的绝缘老化
2、白炽灯等寿命缩短 3、家用电器温升增加
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4、全补偿 ☆三相同时补偿； ☆适用于三相较为对称的运行负荷；
5、相补偿 ☆分相单独补偿； ☆适用于三相不对称负荷；
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