Wat is een statische VAR-compensator (SVC)? Schakeling & werking in cos φ-correctie

Wat is een Statische VAR Compensator (SVC)?

Een Statische VAR Compensator (SVC), ook bekend als Statische Reactieve Compensator, is een cruciaal apparaat voor het verbeteren van de cosinus phi in elektriciteitsnetwerken. Als type statische reactieve vermogenscompensatie-apparatuur injecteert of absorbeert het reactief vermogen om optimale spanningniveaus te handhaven en stabiel netwerkbedrijf te waarborgen.

Als integraal onderdeel van het Flexible AC Transmission System (FACTS) bestaat een SVC uit een bank van condensatoren en reactors die worden gecontroleerd door stroomkring-elektronica zoals thyristors of Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT's). Deze elektronica stelt snelle schakeling van condensatoren en reactors in staat om indien nodig reactief vermogen te injecteren of te absorberen. Het regelsysteem van de SVC monitort continu de systeemspanning en -stroom, en past de reactieve vermogensuitvoer van het apparaat in real time aan om fluctuaties te compenseren.

SVC's richten zich voornamelijk op reactieve vermogensvariaties veroorzaakt door fluctuerende belastingsvragen of onderbroken generatie (bijvoorbeeld wind- of zonne-energie). Door dynamisch reactief vermogen te injecteren of te absorberen, stabiliseren ze de spanning en de cosinus phi op het aansluitpunt, waardoor betrouwbare energieaflevering wordt gewaarborgd en problemen zoals spanningsdalen of -pieken worden gemitigeerd.

Opbouw van SVC

Een Statische VAR Compensator (SVC) bestaat doorgaans uit belangrijke componenten, waaronder een Thyristor-Controlled Reactor (TCR), een Thyristor-Switched Capacitor (TSC), filters, een regelsysteem en hulpapparatuur, zoals hieronder gedetailleerd:

Thyristor-Controlled Reactor (TCR)

De TCR is een spoel parallel verbonden met de krachttransmissielijn, gereguleerd door thyristor-apparaten om inductief reactief vermogen te controleren. Het stelt continue aanpassing van reactieve vermogensabsorptie in stand door de thyristorontstekingshoek te variëren.

Thyristor-Switched Capacitor (TSC)

De TSC is een condensatorbank eveneens parallel verbonden met het netwerk, gereguleerd door thyristors om capaciteitsreactief vermogen te reguleren. Het biedt discrete injectie van reactief vermogen in stappen, ideaal voor compensatie van stationaire belastingsvragen.

Filters en Reactors

Deze componenten verminderen harmonischen die worden gegenereerd door de stroomkring-elektronica van de SVC, waardoor voldaan wordt aan kwaliteitsnormen voor elektriciteit. Harmonische filters richten zich meestal op dominante frequentiecomponenten (bijvoorbeeld 5e, 7e harmonische) om besmetting van het netwerk te voorkomen.

Regelsysteem

Het regelsysteem van de SVC monitort de netspanning en -stroom in real time, en past de bewerkingen van TCR en TSC aan om de doelspanning en cosinus phi te handhaven. Het heeft een microprocessorgebaseerde controller die sensordata verwerkt en ontstekingsignalen naar thyristors stuurt, waardoor milliseconde-niveau-reactieve-energie-compensatie mogelijk is.

Hulpapparatuur

Omvat transformatoren voor spanningsovereenkomst, beschermrelais voor foutisolatie, koelsystemen voor stroomkring-elektronica en meetinstrumenten om betrouwbaar bedrijf te waarborgen.

Werking van Statische VAR Compensator

Een SVC reguleert spanning en reactief vermogen in elektriciteitsnetwerken met behulp van stroomkring-elektronica, fungerend als een dynamische bron van reactief vermogen. Zo werkt het:

• Beheer van Reactief Vermogen
  De SVC combineert een TCR (inductief) en een TSC (capacitief) parallel met het netwerk. De TCR kan reactief vermogen absorberen door de thyristorontstekingshoeken aan te passen, terwijl de TSC reactief vermogen in discrete stappen injecteert. Deze combinatie stelt bidirectionele reactieve-energie-controle in staat:

• Spanningsdaling: Wanneer de netspanning daalt, injecteert de SVC capacitief reactief vermogen via TSC om de spanning te verhogen.

• Spanningspiek: Wanneer de spanning de ingestelde waarde overschrijdt, absorbeert de SVC reactief vermogen via TCR om de spanning te verlagen.

• Continue Monitoring & Aanpassing
  Sensoren meten de real-time spanning en stroom, en leveren gegevens aan het regelsysteem. De controller berekent het vereiste reactieve vermogen en past de thyristorontstekingshoeken aan om de spanning binnen ±2% van de nominale waarde stabiel te houden.

• Harmonische Vermindering
  De schakelbewegingen van de TCR genereren harmonischen, die door passieve LC-filters (bijvoorbeeld 5e, 7e harmonische filters) gefilterd worden om compliance met het netwerk te waarborgen.

Voordelen van SVC

• Verbeterde Energieoverdracht: Verhoogt de lijncapaciteit tot wel 30% door reactieve-energie-compensatie.

• Overgangsstabiliteit: Dempt spanningsschommelingen tijdens storingen of belastingswijzigingen, wat de systeemveerkracht verbetert.

• Spanningsregeling: Beheert stationaire en tijdelijke overspanningen, ideaal voor integratie van hernieuwbare energie.

• Vermindering van Verliezen: Verbetert de cosinus phi (typisch tot >0,95), waardoor weerstandverliezen met 10-15% worden verminderd.

• Lage Onderhoudskosten: Vaste-staatsconstructie zonder bewegende delen, waardoor exploitatiekosten worden verlaagd.

• Verbetering van Elektriciteitskwaliteit: Vermindert spanningsdalen/pieken en harmonische vervorming.

Toepassingen van SVC

• Hoogspannings-overdrachtsnetwerken: Stabiliseert de spanning in EHV/UHV-lijnen (380 kV-1.000 kV) en compenseert lange-lijn-capacitieve lading.

• Industriële Installaties: Corrigeert de cosinus phi bij zware inductieve belastingen (bijvoorbeeld staalfabrieken, mijnbouwapparatuur) om nutskosten te verlagen.

• Integratie van Hernieuwbare Energie: Mitigeert spanningsschommelingen van windparken of zonneparken.

• Stedelijke Distributienetwerken: Verbetert de spanningstabiliteit in dichtbevolkte gebieden met fluctuerende belastingen.

• Spoorwegsystemen: Compenseert reactieve-energie-variaties in geëlektrificeerde spoorwegnetwerken.