Was ist ein statischer Blindleistungskompensator (SVC)? Schaltung & Funktion in der Leistungsfaktorkorrektur

Was ist ein statischer Blindleistungskompensator (SVC)?

Ein statischer Blindleistungskompensator (SVC), auch bekannt als statischer reaktiver Kompensator, ist ein wichtiges Gerät zur Verbesserung des Leistungsfaktors in elektrischen Energieversorgungssystemen. Als eine Art statische Blindleistungskompensationseinrichtung speist er Blindleistung ein oder absorbiert sie, um optimale Spannungsniveaus aufrechtzuerhalten und eine stabile Netzoperation zu gewährleisten.

Als wesentlicher Bestandteil des flexiblen Wechselstrom-Übertragungssystems (FACTS) besteht ein SVC aus einer Bank von Kondensatoren und Reaktoren, die durch Leistungselektronik wie Thyristoren oder Isolierte-Gate-Bipolartransistoren (IGBTs) gesteuert werden. Diese Elektronik ermöglicht das schnelle Schalten von Kondensatoren und Reaktoren, um Blindleistung einzuspeisen oder zu absorbieren, wie erforderlich. Das Steuersystem des SVC überwacht ständig die Systemspannung und -stromstärke und passt die Blindleistungsausgabe des Geräts in Echtzeit an, um Schwankungen auszugleichen.

SVCs adressieren hauptsächlich Blindleistungsschwankungen, die durch fluktuierende Lastanforderungen oder intermittierende Erzeugung (z. B. Wind- oder Solarenergie) verursacht werden. Durch dynamisches Einspeisen oder Absorbieren von Blindleistung stabilisieren sie die Spannung und den Leistungsfaktor am Anschlusspunkt, gewährleisten eine zuverlässige Energieversorgung und mildern Probleme wie Spannungsabfälle oder -anstiege ab.

Aufbau des SVC

Ein statischer Blindleistungskompensator (SVC) besteht typischerweise aus wichtigen Komponenten, darunter einem thyristor-gesteuerten Reaktor (TCR), einem thyristor-gesteuerten Kondensator (TSC), Filtern, einem Steuerungssystem und Hilfsgeräten, wie unten detailliert beschrieben:

Thyristor-gesteuerter Reaktor (TCR)

Der TCR ist ein Induktor, der parallel zur Stromübertragungsleitung angeschlossen ist und durch Thyristorbauelemente gesteuert wird, um induktive Blindleistung zu kontrollieren. Er ermöglicht eine kontinuierliche Anpassung der Blindleistungsaufnahme, indem der Feuerwinkel der Thyristoren variiert wird.

Thyristor-gesteuerter Kondensator (TSC)

Der TSC ist eine Kondensatorbank, die ebenfalls parallel zum Netz angeschlossen ist und durch Thyristoren gesteuert wird, um kapazitive Blindleistung zu regeln. Er bietet diskrete Blindleistungsinjektionen in Stufen, was ideal für die Kompensation von stationären Lastanforderungen ist.

Filter und Reaktoren

Diese Komponenten reduzieren Harmonische, die durch die Leistungselektronik des SVC erzeugt werden, und sorgen dafür, dass die Qualitätsstandards eingehalten werden. Harmonische Filter zielen typischerweise auf dominante Frequenzkomponenten (z. B. 5. und 7. Harmonische) ab, um eine Verunreinigung des Netzes zu verhindern.

Steuersystem

Das Steuersystem des SVC überwacht die Netzspannung und -stromstärke in Echtzeit und passt die TCR- und TSC-Operationen an, um die Zielspannung und den Leistungsfaktor aufrechtzuerhalten. Es verfügt über einen mikroprozessorgesteuerten Controller, der Sensordaten verarbeitet und Feuerzeitsignale an die Thyristoren sendet, wodurch eine millisekundenpräzise Blindleistungskompensation ermöglicht wird.

Hilfskomponenten

Einschließlich Transformatoren zur Spannungsanpassung, Schutzrelais zur Fehlersicherung, Kühlungssystemen für Leistungselektronik und Überwachungsinstrumenten, um eine zuverlässige Betriebsführung sicherzustellen.

Funktionsprinzip des statischen Blindleistungskompensators

Ein SVC regelt die Spannung und die Blindleistung in Energieversorgungssystemen mit Hilfe von Leistungselektronik und arbeitet als dynamische Blindleistungquelle. So funktioniert es:

• Blindleistungsbewirtschaftung
  Der SVC kombiniert einen TCR (induktiv) und einen TSC (kapazitiv) parallel zum Netz. Der TCR kann Blindleistung absorbieren, indem der Feuerwinkel der Thyristoren angepasst wird, während der TSC Blindleistung in diskreten Stufen einspeist. Diese Kombination ermöglicht eine bidirektionale Blindleistungskontrolle:

• Spannungseinbruch: Wenn die Netzspannung sinkt, speist der SVC kapazitive Blindleistung über den TSC ein, um die Spannung zu erhöhen.

• Spannungsspitze: Wenn die Spannung den Sollwert überschreitet, absorbiert der SVC Blindleistung über den TCR, um die Spannung zu senken.

• Kontinuierliche Überwachung und Anpassung
  Sensoren messen die Spannung und Stromstärke in Echtzeit und liefern Daten an das Steuersystem. Der Controller berechnet die benötigte Blindleistung und passt die Feuerwinkel der Thyristoren an, um die Spannungsstabilität innerhalb von ±2% des Nennwerts aufrechtzuerhalten.

• Harmonische Reduzierung
  Die Schaltvorgänge des TCR erzeugen Harmonische, die durch passive LC-Filter (z. B. 5. und 7. Harmonische) gefiltert werden, um die Einhaltung der Netzanforderungen sicherzustellen.

Vorteile des SVC

• Verbesserte Energieübertragung: Erhöht die Leitungskapazität um bis zu 30% durch Blindleistungskompensation.

• Transiente Stabilität: Dämpft Spannungsschwankungen bei Fehlern oder Laständerungen und verbessert die Systemresilienz.

• Spannungskontrolle: Regelt stationäre und temporäre Überspannungen, ideal für die Integration erneuerbarer Energien.

• Reduzierte Verluste: Verbessert den Leistungsfaktor (typischerweise auf >0,95) und reduziert die Widerstandsverluste um 10–15%.

• Geringe Wartung: Festkörperdesign ohne bewegliche Teile, reduziert die Betriebskosten.

• Verbesserung der Energiequalität: Mildernd wirksam bei Spannungseinbrüchen, -spitzen und harmonischen Verzerrungen.

Anwendungen des SVC

• Hochspannungsübertragungsnetze: Stabilisiert die Spannung in UHV/EHV-Leitungen (380 kV–1.000 kV) und kompensiert langleitungsbedingte kapazitive Aufladungen.

• Industrieanlagen: Korrigiert den Leistungsfaktor bei schweren induktiven Lasten (z. B. Stahlwerke, Bergbaugeräte), um die Kosten für die Energieversorgung zu reduzieren.

• Integration erneuerbarer Energien: Mildernd wirksam bei Spannungsschwankungen von Windparks oder Solaranlagen.

• Städtische Verteilnetze: Verbessert die Spannungsstabilität in dicht besiedelten Gebieten mit fluktuierenden Lasten.

• Bahnnetze: Kompensiert Blindleistungsschwankungen in elektrifizierten Bahnnetzen.