配电网中TCSC和SVC的联合补偿
>彭　辉¹　　樊庆玲²　　刘会金¹（1武汉大学电气工程学院　武汉　430072，2南阳市电业局　南阳市　473000）

　　在中、低压配电网中，广泛采用固定电容器＋相控电抗器（FC＋TCR）型的SVC来平衡三相负荷，补偿无功功率。但是，这种SVC容量的选择一般是以功率因数的提高为标准的，并未考虑到用它来调节电压偏差。而且，对于35kV和10kV的长距离线路，导线截面较大，负荷波动大又频繁时，并联补偿调压的效果往往不理想。这时，如果采用晶闸管控制的串联电容补偿（TCSC）和并联无功补偿（SVC），补偿无功功率，就可以收到较好的效果，既平衡了三相负荷、提高了功率因数，又使负荷点的电压保持在规定范围内，是一个比较理想的补偿方案。
2　TCSC和SVC的基本概念
2．1　TCSC的工作原理
TCSC意为串联晶闸管控制电容器（ThyristorControlSeriesCapacitor），它与传统的串联电容器相比，具有阻抗值可由感性到容性范围连续改变的优点，是灵活交流输电系统（FACTS）中的重要成员。
　　TCSC单元的典型结构如图1所示，主要由串联的固定电容器和与之并联的晶闸管相控电抗器组成。在实际应用中，还包括作为过电压保护（MOV）的氧化锌避雷器和旁路断路器（Breaker）。由于单个TCSC单元的耐压强度和容量不够，因此一个完整TCSC系统是由几个这样的模块串联而成，或者和传统的串联电容一起构成混合型的串联补偿。经简化后的TCSC单元等效电路图如图2所示。
TCSC的基波阻抗为^［1］：
　　由于系统基波角频率ω和TCSC自然振荡频率ω₀都是定值，因此TCSC的基波阻抗X_TCSC是晶闸管触发延迟角α的连续函数。通过改变触发延迟角α，就可以连续改变TCSC的基波阻抗，达到调节线路阻抗的目的。
2．2　SVC的工作原理
　　在实际应用中，一般将晶闸管相控电抗器（TCR）和固定电容器（FC）配合使用，称为TCR＋FC型SVC。它的典型结构图如图3所示，主要由一个固定电容器和晶闸管相控电抗器并联组成。
由于TCR的基波等效电纳为：
从上式可以看出，SVC的等效电纳也是晶闸管触发延迟角a的连续函数，通过改变晶闸管的触发延迟角，就可以连续改变SVC的等效电纳。
3　并联和串联补偿联合补偿策略
　　在配电网中，应将并联补偿和串联补偿结合起来使用。并联补偿主要解决三相不平衡的问题，而串联补偿主要用来维持负荷点的电压保持在规定范围内。
3．1　并联补偿器（SVC）的控制策略
　　采用SVC进行分相补偿，可以将三相不平衡负荷平衡化。为了说明三相不平衡负荷的补偿原理，首先使用对称分量法对不对称负荷进行分析。如图4所示，不对称的三角形连接负荷由三相对称的正序电压供电，由一台SVC对其进行补偿，SVC的各相电纳可独立调节。对于中性点不接地的星形连接负荷，可通过变换表示成三角形连接负荷，再进行分析。
　　在使用SVC进行补偿之后，如果线电流的负序分量为零的话，那么三相负荷将是平衡的^［2］，即　　
　　如果在平衡三相负荷的同时还要考虑功率因数校正，常数K可以取所需要的值。在这里，不考虑功率因数校正，常数K的值取为0。
　　将式（4）和（5）联立，解出并联补偿装置的三相电纳如下：
　　为了使三相补偿电纳连续可调，采用TCR与FC并联型式的SVC，电容器和电抗器均采用三角形连接，避免线电流中产生零序分量。
　　在相控电抗器TCR中，电抗器的基频等效电纳由式（2）给出，为了减小TCR的容量，可将相控电抗器TCR与晶闸管投切电容器组TSC并联使用。此时，SVC的等效电纳为
　　B_r＝B_L（α）－kB_C（8）式中B_L（α）为相控电抗器的等效电纳，k为TSC投入电容器的组数，B_C为一组电容器的电纳。
　　实际运行时，先由控制器采样，测得三相电流和三相电压值，再利用式（7）算出SVC的三相补偿电纳，通过改变相控电抗器的触发角延迟角α和TSC的投入电容器组数，就可以平滑改变SVC的等效电纳至整定值，而且三相是独立控制的，其等效电纳可分别调节。
3．2　串联补偿器（TCSC）的控制策略
　　串联补偿用来提高线路末端电压，使负荷点的电压保持在额定范围内。
　　如果线路首端电压为U₁，末端电压为U₂，线路上传输的功率为P＋jQ，线路阻抗为R＋jX，那么线路首端电压和末端电压之间的电压降落近似为

在线路上串联接入一个TCSC，就可以利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中的分量减小，从而提高线路末端电压。这样，线路首端电压和末端电压之间的电压降落变为
在式（10）中，电压降落ΔU可根据实际情况事先选定，对于给定的输电线路，线路阻抗已知，对于线路输送的功率，可以通过测量得出，因此由式（10）可计算出TCSC的补偿电抗X_TCSC如下

调节TCSC的触发延迟角，就可以得到相应的基波等效电抗。
3．3　联合补偿策略
　　TCSC用于串联补偿，安装地点与负荷和电源的分布有关，在单电源电路上，当负荷集中在线路末端时，可将TCSC安装在线路末端，以免始端电干个负荷时，可安装在未加串联补偿前产生二分之一线路电压损耗处。
　　SVC用于并联补偿，应按照就地补偿的原则，安装在负荷附近，就地进行无功补偿和负荷平衡。
　　在实际应用中，要将串联补偿和并联补偿联合起来使用。也就是说，在使用并联补偿来平衡三相负荷的同时，使用TCSC动态调节线路的阻抗，使线路末端负荷点的电压为平衡的三相正序电压，且电压幅值保持在额定范围内。
　　在实时补偿前，一般说来，供电点的电压较低，而且由于负荷的不平衡，导致三相电压不是平衡的三相正序电压。此时应先进行并联补偿，使三相输电线上传输的功率基本平衡。实施并联补偿之后，三相电压就变为平衡的三相正序电压了，但是电压幅值可能偏低，因此，再进行串联补偿，就可以将供电点的电压维持在额定范围内。
4　算例分析
　　为了说明上述补偿原理，给出一个35kV三相三线制的输电线路作为算例进行分析[1][2]下一页