1 引言

　　我国电网具有电源分布不均、负荷增长迅速、无功储备不足等问题，网络稳定性问题显得尤为突出。静止无功补偿装置SVC(Static Var Compensator)作为成熟的FACTS(Flexible Alternating-Current Technology System)技术，其所具备的快速、动态的电压无功支撑能力可有效抑制输配电通道上的功率及电压波动、阻尼系统振荡、提高输电能力。随着电网规模的扩大，人们对防止电网电压失稳、降低电网损耗、提高供电质量等要求越来越高，而SVC在上述方面出色的表现也将会使其得到越来越广泛的应用[1~3]。

　　TCR(Thyristor-Controlled Reactor)型SVC近年来得到了很大的发展，已被广泛用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿，也大量用于输配电系统和工业系统的无功补偿[4]。它的重要特性是能连续调节补偿装置的无功功率，通过控制与电抗器串联的反并联晶闸管的导通角，既可以向系统输送感性无功，又可以向系统输送容性无功。

　　SVC装置允许在正常储备状态下运行，包括部分储备状态下运行，以加强电网的动态无功支撑，达到提高输电能力的目的。SVC在丰大极限方式下保持最大动态无功备用，在其他运行方式下可部分或完全参与正常运行调压。可见，SVC的功能主要有三点：稳态情况下起到稳定电压、提高电压合格率的作用;暂态情况下起到无功强补、促进电压恢复的作用;动态情况下起到抑制振荡、增强系统阻尼的作用。

　　本文针对南京南瑞继保PCS-9580型SVC，结合电力系统特点，阐述了其控制保护系统结构组成和控制策略功能，并对动态无功电压支撑和功率阻尼特性应用进行了仿真研究。

　　2 SVC控制系统

　　SVC控制系统是整个SVC装置的核心内容。控制系统主要用于控制SVC的投入、退出及相关的联锁，并根据电压和无功调节的需要产生适当的触发脉冲从而调节TCR的出力，同时控制滤波器组的投入和退出等。

　　PCS-9580型SVC控制保护系统，采用了高性能数字化平台。该平台也用于特高压、高压直流输电控制保护系统、FACTS(灵活交流输电)控制保护系统，数字化变电站控制保护系统、交流高压保护、PMU、稳控、电子式互感器等领域的多个产品中。该平台是高性能的分散、分布式系统，拥有友好的人机环境，方便进行功能扩展，支持远程维护。由于控制系统采用了多个DSP并联协调运行，使得系统响应速度快，控制精度高，能够很好地满足SVC系统快速调节的需要，控制系统原理如图1所示。

　　为了满足不同用户的需求，SVC控制保护系统汇集了丰富的资源，其程序集成了包括电压控制方式、无功功率控制方式、功率因数控制方式、电压、无功综合控制方式、TCR直流电流控制方式、负序控制方式以及手动电纳调节方式等诸多功能。同时，针对各种控制策略，还有开环、闭环方式或开环+闭环的控制方式，以实现开环抑制电压闪变，闭环保证控制精度的效果。在这里介绍三个主要控制方式：电压控制、无功控制、功率阻尼。

图1 SVC控制系统原理图

　　电压控制方式是SVC调节单元必备的控制方式。基准电压值 在运行中应保持不变，直到重新设置。如图2所示。

图2 SVC斜率特性

　　SVC进行电压调整补偿时，其SVC的V-I特性曲线斜率的取值范围为0～10%。较小的斜率可获得较精确的电压稳定效果。较大的斜率影响电压稳定效果，但可减少SVC的额定容量以及减少SVC进入调节容量的次数。对于多个SVC运行在同一母线时，设定适当的斜率可优化各SVC无功出力的分配。电压调节器框图如图3所示。

图3 电压调节器

　　无功功率控制是根据设定的SVC无功功率参考值，与实际测量的功率点的瞬时无功功率相比较，得出所需的无功功率偏差值，采用PI单元作闭环调节，以保证无功功率稳定在所设定的参考值。将闭环计算得到的电纳BCLOSE和开环计算得到的电纳BOPEN综合后，经过限幅等环节再送到TCR触发单元，用于最终产生TCR的触发信号。如图4所示。

图4 无功调节器

　　SVC按恒定电压控制方式运行时不能提供任何系统阻尼，通过加入辅助控制，SVC可以大大提高系统的电气阻尼。为了达到快速阻尼，辅助阻尼控制器的输出直接与触发控制器相连，而将电压调节器完全旁路，从而消除了与电压控制器相关的延时。如图5所示。SVC的辅助控制器可以在不增加SVC容量的前提下，大大提高其灵活性和运行性能。

图5 附加功率阻尼功能的电压控制环

　　3 SVC动态电压支撑特性研究

　　基于PCS9580的SVC控制系统跟RTDS(Real time simulator)实时仿真装置联合进行系统实验。220kV变电站内110kV母线输出线路上挂有负荷，该变电站(此处命名为E站)是放射型网络的末端，其无功电压支撑薄弱。如图6所示。

图6 放射网络结构

　　首先模拟末端负荷发生周期性变化引起电压波动情况，表1为安装SVC前后，各变电站节点电压波动情况的比较。可见末端节点电压波动剧烈，安装SVC后放射网络上各个节点电压波动得到有效抑制。

　　表1 电压波动比对表

　　这里以A站-B站双回线路中单回线路故障，然后跳开一回线路，30MVar的SVC安装前后，E变电站母线电压和线路功率的变化情况见图7。

图7 变电站母线电压和功率变化曲线

　　通过各站母线电压变化情况和有功功率变化情况分析可知，在E站安装SVC可以有效的提高上端网络动态变化引起的电压和有功功率传输的支撑能力。

　　4 SVC功率阻尼特性研究

　　如果SVC仅仅采用基本的电压控制，SVC的输出和控制母线的电压基本同相位，SVC只对系统的同步力矩发生作用，对系统的阻尼力矩几乎不发挥作用。

　　为了增加系统的阻尼，SVC应引入一个附加阻尼控制(如图8所示)，使得SVC的输出 (合成)向量在 平面0～90度之间，这样SVC既发挥了基本的增加同步转矩的作用，也发挥了增加系统阻尼转矩的作用。

图8 SVC附加阻尼控制的作用

　　基于PCS9580的SVC控制系统，采用如图5所示的附加阻尼控制的电压控制器。根据电力系统功率振荡分析可知，一般振荡分析周期在0.2Hz～1Hz之间。因此设计一个宽频带的阻尼控制器在工程应用中至关重要。经过优化设计和系统分析校正得到如图9所示的阻尼控制幅频特性。该控制器首先采用的是隔直环节，再通过超前滞后环节进行相位调节。总体目标要求是，将设计阻尼量超前电压输出量，超前量在90度左右。

　图9 阻尼控制器幅频和相频特性

　　某变电站为500kV电力网络节点，通过安装180MVar的PCS9580静止无功补偿系统协调原变电站AVC自动电压控制系统综合提供动态电压支撑和功率阻尼等功能，实现了动态阻尼、暂态电压调节、瞬时强补效果。其中简化RTDS仿真网络如图10所示。

图10 功率阻尼简化网络

　　从线路功率有功功率前后(见图11)变化情况来看，SVC功率阻尼功能有效的进行了线路功率阻尼，完全满足实际工程项目设计需求。

图11 路有功功率阻尼前后变化曲线

　　5 结语

　　PCS9580型SVC控制系统采用分层分布式结构，包括运行人员工作站、LAN网、打印机、主控制装置、现场总线、分布式I/O、阀触发控制和监视单元、水冷却控制及接口、微机保护测控设备、通讯管理机、GPS时钟对时、运动装置等;符合智能电网数字化、信息化、智能化特性;有利于在输配电系统无功电压调节中广泛应用。

　　PCS9580控制系统集成了各种控制策略，根据不同的工程需求可以配置不同的控制策略;该控制系统能有效抑制电网电压波动、提高输电网供电可靠性及抑制振荡、增强系统阻尼。