矿用隔爆型动态无功补偿装置(SVG、TSC)的原理介绍及优缺点比较-1.docx

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1、矿用隔爆型动态无功补偿装置（SVG、TSC）原理介绍及优缺点比较一、 原理简介1、 静止无功发生器 SVG（Static Var Generator）SVG 的基本原理是，将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上。电压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分，其中逆变桥由全控型可关断的半导体器件 IGBT 组成。BJS-500/1140 型 SVG 原理简图工作中，通过调节逆变桥中 IGBT 器件的开关，可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位，因此，整个装置相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实时高功率因数运行。上图为

2、 SVG 原理图，将系统看作一个电压源，SVG 可以看作一个可控电压源，连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。表 1 给出了 SVG 三种运行模式的原理说明。运行模波形和相量图说 明式空载运UI = Us，IL = 0，SVG 不吸发无功。行模式UI Us，IL 为超前的电流，其幅值可以通容性运过调节 UI 来连续控制，从而连续调节 SVG 发行模式出的无功。表 1SVG 的三种运行模式感性运行模式UI Us，IL 为滞后的电流。此时 SVG 吸收的无功可以连续控制。SVG 在中低压动态无功补偿与谐波治理领域得到越来越广泛的应用，其具有以下重要功用： SVG 可以补偿基波无功电流，补偿后功

3、率因数可达到 0.95 以上，使被补偿网络的线电流下降 30%以上，大大减小线路损耗，提升移动变压器带载能力，节能效果明显。 SVG 通过补偿基波无功电流，有效降低被补偿网络的无功突变，减小网络电压波动，抑制闪变，使供电电压更加平稳。 SVG 同时也具有有源滤波功能（APF），可对谐波电流进行补偿，能有效抑制被补偿网络中的 5、7、11 次谐波。2、 晶闸管投切电容器 TSC（Thyristor Switched Capacitor）TSC 的基本原理是按照一定的寻优模式，设计多组某次或某几次滤波器，基波下各支路呈容性，分级改变补偿装置的无功出力；滤波器某次谐波下调谐，滤该次谐波。设备主要由隔

4、离开关，投切装置，电力电容，串联电抗器组成，其中投切装置由开关型半导体器件晶闸管（晶体闸流管的简称，俗称可控硅）组成。某些老式设备采用接触器投切电容器（MSC），目前已逐步淘汰。按 1248 组合投切的 TSC 原理简图目前井下隔爆型 TSC 多按照 1248 组合投切，电抗率 6%设计为 5 次支路，谐振点在 204Hz 左右，因偏离谐振点太多，仅起到并联电容补偿作用，主要提供容性无功进行无功补偿，滤波能力较差。TSC 分组可调补偿是根据负荷实际运行无功量，按照一定的投切策略跟踪负荷变化进行投切动作。该型设备由若干组并联的晶闸管阀组控制，以实现快速无触点的投切。这种型式的补偿装置只能实现容性

5、无功功率的阶跃调节，其调节的精度取决于电容器的组容量及分组数。为使有限组数的电容器得到尽可能多的容量组 合，一般各组容量并不取为全部相等。因电容充放电在电容上的电荷积累提升了晶闸管两端 的电压降，晶闸管将承受高于系统的电压。工程中如 考虑不充分，易损坏。为了提高运行的可靠性，防止 电容器和晶闸管损伤，TSC 采取过零投切操作。二、 两种类型补偿装置的优缺点比较1、 响应时间SVG 采用新型电力电子器件 IGBT，打开和关闭可控，其开断时间小于 10us； 而 TSC 采用晶闸管打开可控，关闭依靠电压反向时自行关闭，因此其开断时间10ms，相差 1000 倍，从器件角度 SVG 已具有本质性优势

6、。此外，电容器投入时必须考虑其放电情况，以避免因电荷累积使电容电压提升，造成电容器组的损坏，需以牺牲跟踪精度来保护设备安全。这样由于受电容器的放电时间的限制，在工程应用中实际的响应时间为秒级。而 SVG 响应时间小于 5ms。因此，在响应时间上 SVG 设备具有无可比拟的优势，而该指标对抑制电压波动具有决定性的意义。在电压波动频繁时，TSC 会因其响应时间滞后，无法及时投切而存在恶化电网电能质量的可能。2、 调节方式SVG 的调节方式为无级调节，其最小补偿量可精确到 0.1kvar，确保无功补偿平滑，无波动。TSC 的调节方式为有级调节（一般分 4 级，按 1248 比例组合），其补偿容量呈阶

7、跃式增加，设备投切时，其最小补偿变化量为 30kvar，此补偿方式会造成对电网的冲击，是以瞬间恶化电能质量为代价换取长时间单位内的平均提升。而无功变化量 Q 的大小与电网电压的波动成正比，即单位时间内无功变化量越小，对网压的波动影响越小。3、 补偿容量SVG 具有自适应型，随外部参数变化，自动调整补偿容量，可保证满容量输出，在系统电压变低时，SVG 还能够输出与额定工况相近的无功电流。TSC 输出容量受电网电压影响，其输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。因此，TSC 型无功补偿设备存在本质性缺陷，即网压越低，需要的容性支撑力度越

8、高，而 TSC 提供的补偿能力却越低，满足不了补偿要求。同时，SVG 具备全容量输出能力，如 BJS-500/1140 型 SVG，可完全输出标称的500Kvar 容量，并具有过载 20%的能力。而 TSC 型设备，电容的额定电压要高于电网运行电压，因此其补偿容量小于其安装容量，即输出容量小于标称容量，如WBB-640/1140 型 TSC，其安装容量为 640Kvar，补偿输出容量一般只有 450Kvar。近似规格的同类型设备其实际补偿能力小于 SVG。4、 补偿范围SVG 本身既可以发感性无功，也可以发容性无功，其双向补偿能力可以适用于各种类型的负载；无论针对感性电机负荷，还是电缆容性对地

9、充电无功，均具有完美的补偿能力。TSC 本身只可以发容性无功，仅具有对感性负荷的补偿能力。5、 滤波效果SVG 本身具有有源滤波能力，能主动完美输出与谐波频率相同，相位相反的波形来抵消谐波。其核心元件 IGBT 工作频率在 2000Hz，可满足 5、7、11 次谐波的滤波要求。TSC 一般设计为被动吸收部分 5 次谐波，因容量被分散成 4 组，谐波吸收能力随容量变化而变化，且必须充分考虑小容量组谐波过大的保护问题。因此一般设置为 6%电抗率的并补支路，谐振点在 204Hz 左右，与正常滤波支路电抗率 4.2% 4.3%（谐振点在 244Hz241 Hz）相比，偏离 5 次谐波频率 250 Hz 太远，滤波能力很弱，主要只起无功补偿的作用。同时，SVG 因是主动控制，可自行调节输出补偿谐波电流的大小，判断并限制输出能力，不存在过谐波电流保护的问题；而 TSC 为被动吸收，必须设过谐波电流保护；在系统谐波电流过大时，SVG 可尽最大能力滤波，而 TSC 很可能因过谐波电流保护退出运行。因此 SVG 与 TSC 相比，在恶劣电网环境下，可尽全力进行补偿，而 TSC 则可能因为运行受限，保护动作退出运行。