SVG技术及其应用

官正强

GUAN Zheng-qiang

（重庆科技学院 教务处，重庆 401331）

SVG技术及其应用

Static var generator technology and its applications

官正强

GUAN Zheng-qiang

（重庆科技学院 教务处，重庆 401331）

分析了SVG技术的原理、控制方法和三种运行模式下的特点，指出SVG具有一系列优点，介绍了SVG装置的最新应用情况。由于技术上的限制，目前SVG的控制策略较复杂，在中高压、大容量领域造价很高，随着新技术和新材料的广泛应用，SVG必将有十分广阔的前景。

SVG；无功发生器；原理；特点；应用

1 问题的提出

静止式无功补偿装置（Static Var Compensater，简称SVC），近10余年来在国内外配电网和输电网领域已得到了较多的应用。它作为一种能够快速调节无功功率的装置，可使所需无功功率作随机调整，从而保持在冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定，它可有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变、高次谐波，提高功率因数，还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率平衡，使负荷处于稳定、安全、可靠的运行状态。SVC属于并联无功补偿装置，其补偿原理是通过控制晶闸管的触发角，改变接入电网中的等效电纳达到调节输出无功目的。SVC设备之所以能产生感性无功功率，依靠的是其中的电容器，这就导致SVC与静电电容器补偿装置有着同样不可弥补的障碍，即当电压水平过于低下，急需无功补偿时，补偿器的输出反而会减少。其次，SVC装置为补偿0～100 %容量变化的无功功率，几乎需要100 %容量的电容器与超过100 %容量的晶闸管控制电抗器，铜和铁的消耗很大。从技术发展来说，这种类型的静补偿装置已不能说是先进的。

2 静止无功发生器—SVG

2.1 SVG概述

近年来的发展趋势是采用可关断晶闸管(GTO)或大功率IGBT构成的变流器,通常称为静止无功发生器(Static Var Generator，简称SVG) ，也有人称为高级静止无功补偿器(ASVC) ，或静止同步补偿装置 (国际上又称为STATCOM)。SVG可以分为电压型和电流型两种类型，直流侧分别采用电容和电感作为储能元件。实际上，由于运行效率的原因，迄今投入实用的SVG大都采用电压型桥式电路，这种基于大功率逆变器的动态无功补偿装置，它以大功率三相电压型逆变器为核心，其输出电压通过连接电抗接入系统，与系统侧电压保持同频、同相，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质，当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。

2.2 SVG的基本原理

图1 电压型SVG的电路结构

SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或直接控制其交流侧就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的[1]。典型电路结构如图1所示。TI—T6为6只大功率的GTO或IGBT。以二极管构成的整流桥从交流系统吸取少量有功功率，对直流电容C充电，保持电压稳定。控制器根据电网无功变化情况，通过6个全控型开关器件构成的三相逆变器向系统输入感性或容性无功。工作原理如图2所示。

SVG有如下三种种运行模式：

图2 SVG的工作原理及波形

1）空载运行模式

空载运行模式的特点是：SVG变流器的输出交流电压等于电源系统的电压，电力系统与SVG变流器之间无电流，SVG与电力系统之间无功率交换。

2）容性运行模式

容性运行模式时，SVG变流器的输出交流电压大于电源电压，电力系统与SVG变流器之间有电流，且超前系统电压，SVG将容性无功逆变回馈到电力系统。

3）感性运行模式

在感性运行模式下，SVG变流器的输出交流电压小于电源电压，电力系统与SVG变流器之间有电流，且滞后系统电压，SVG将向电力系统提取感性无功。

SVG向系统注入的无功功率可表示为：

式中：US—系统电压；RS—逆变桥的等效电阻；α—SVG输出电压与US的夹角。由上式可知，通过调节α的大小，就可以控制SVG注入系统的无功功率。由于RS很小，所以调节范围非常大。如果多台SVG并联移相输出，应用多重化技术，则既可加大补偿容量，又能抑制装置本身的谐波电流。

2.3 SVG的控制方法

SVG的电流控制包括无功补偿电流和有功电流的控制，无功补偿电流控制用于产生所需的无功补偿电流，有功电流控制用于补偿有功损耗，SVG的控制器通常由内环控制器和外环控制器两部分组成，外环控制器主要通过一定的检测方法产生补偿电流的参考值，内环控制器的基本任务是产生一个同步的驱动信号，从而在装置的实际输出电流和参考电流之间建立一种线性的关系。根据补偿电流参考值调节SVG产生所需补偿电流的不同控制方法，可以分为间接控制和直接控制两大类。

1）间接控制

所谓间接控制，就是将SVG当交流电压源看待，通过对变流器输出电压基波的相位和幅值进行控制来间接控制SVG的交流侧电流，具体实施时有两种方案可供选择，控制分为单δ控制和δ与配合控制。

2）直接控制

电流直接控制的基本思想是使用适当的PWM策略对系统的瞬时无功电流进行PWM处理，然后使用该PWM脉冲信号去驱动变流器中可控电力电子器件的门极，从而控制变流器的输出电流瞬时值与系统的瞬时无功电流在允许的偏差范围内。

近年来，由于控制理论的发展，出现了许多较新的控制方法，如：智能控制 神经网络控制和专家控制等，相信以后这些控制方法将在SVG控制中产生巨大的作用。

2.4 SVG的特点与优势

和传统的SVC无功补偿装置相比，SVG作为新一代补偿装置，具备如下特点和明显的优势。

1）运行范围大。当电网电压下降，SVC系统是阻抗型特性，由于其所能提供的最大电流分别受其并联电抗器和并联电容器的阻抗特性限制，输出无功电流会随母线电压降低而线性降低。而对SVG系统，SVG是电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，SVG可以调整其变流器交流侧电压的幅值和相位，以使其所能提供的最大无功电流或维持不变，SVG的电流源特性也使SVG具备较强的短期过载能力，可用来进一步提高电力系统的稳定性，而SVC不具备过载能力。因此，SVG的运行范围比SVC大，这是SVG优越于SVC的一大特点。

2）谐波量小。在多种型式的SVC装置中，SVC本身产生一定量的谐波。如TCR型的3、5、7次特征次谐波量比较大, 占基波值的5%—8%，其它型式如SR, TCT等也产生3、5、7、11等次的高次谐波，这给SVC系统的滤波器设计带来许多困难，而在SVG中则完全可以采用桥式交流电路的多重化技术、多电平技术或PWM技术来进行处理，可以较好的消除次数较低的谐波，并使较高次数如7、11等次谐波减小到可以接受的程度。

3）连接电抗小。SVG接入电网的连接电抗，其作用是滤除电流中可能存在的较高次谐波，另外起到将变流器和电网这两个交流电压源连接起来的作用，因此所需的电感值并不大，也远小于补偿容量相同的TCR等SVC装置所需的电感量，因此，SVG的占地面积只有同容量SVC的1/3到1/2。此外，对于那些以输电补偿为目的的SVG来讲，如果直流侧采用较大的储能电容，则SVG还可以在必要时短时间内向电网提供一定数量的有功功率，这对于电力网来说是非常有益的，这是SVC装置所不能比拟的。

4）可控性能好、调节速度更快。其电压幅值和相位的快速调节典型值为几个毫秒。用于配电网时，闪变抑制效果要比SVC好2-3倍；用于输电网时，提高系统稳定性的效果也要远优于SVC；它的端电压对外部系统的运行条件和结构变化不敏感。因此，SVG不仅可以得到较好的静态稳定性能，而且可得到较好的大干扰故障下的暂态稳定性能。

5）此外，SVC对系统参数敏感，易发生谐波电压放大甚至谐振的现象；而SVG对系统参数不敏感，安全性与稳定性好；SVG能在一定范围内提供有功功率，减少有功功率冲击；SVC只能提供无功功率；SVG的运行损耗要比同容量SVC小2倍左右，噪声小，运行成本低。

3 SVG技术的应用

3.1 SVG的应用场合

SVG适用于电力输配电系统内3kV-35kV电压等级任何需要应用动态无功补偿的场合，主要包括：

1）SVG用于输电网。电力输电系统的负荷中心变电站、长距离输电线中间的枢纽变电站等，可提高电力系统稳定性、增加系统阻尼、抑制系统振荡，从而大幅度提高电压传输能力。随着我国跨区电网建设的迅速发展，电力系统的无功及动态电压稳定问题日益凸显，装设高压大容量SVG是有效手段。

2）SVG用于配电网（又称为DSTATCOM）或用户侧，以提高改善电能质量为目标。例如用于冶金、矿山、石化、电气化铁路、港口、重型工业、风电等电压波动或闪变严重的变电站。可针对波动负载进行快速有效的动态无功补偿，对电压波动与闪变、负荷不平衡、功率因数及谐波进行补偿，在有效改善电能质量同时，可取得明显的节能降耗效益，例如，当SVG用于电弧炉、电石炉等负载进行补偿时，平均耗电往往可降低4%-15%，经济效益非常显著。

3.2 SVG的应用情况

日本关西电力公司与三菱电机公司共同研制于1980年1月投运了世界上首台容量为20Mvar的SVG样机。1995年清华大学和河南电力局共同研制出了我国第一台容量为100kvar的SVG装置，开辟了我国研制SVG补偿设备的先河，2000年，清华大学和河南电力局又成功研制出一台20Mvar的SVG并在网运行。2007年，荣信公司研制出国内首台应用于牵引变流站的SVG， 截止目前，SVG能够实现的最大容量为50MVar。近年来荣信股份公司正在与南方电网公司合作研制±200MVar超大功率高端无功补偿装置SVG，如果能够在今年年底获得实质性突破，将成为超大功率SVG无功补偿装置研制的全球领先者。

4 结束语

SVG是目前最为先进的无功补偿技术，基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置具有很好的优势。但是，SVG要求的高补偿灵敏度和响应速度使得其研制的难度很大，在大功率上实现的难度极高，目前SVG的控制策略过于复杂，造价较高，相信随着新技术和新材料的广泛应用，SVG必将有十分广阔的发展前景。

[1] 翁利民,张莉,靳建峰.电网电压稳定与无功功率补偿的研究[J].江苏电器,2008(4):18-21.

[2] 杜晟,张鹏远,方刚.SVG技术综述[J].高新技术,2009(17):5.

[3] 陈强,黎小彬.无功补偿与谐波治理装置的工程应用[J].福建电力与电工,2008,28(4):50-53.

[4] 林海雪.现代电能质量的基本问题[J].电网技术.2001,25(10):5-12.

TH166

A

1009-0134(2010)10(上)-0206-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).64

2010-03-17

官正强（1966 -），男，重庆人，高级工程师，学士，主要从事电气工程及自动化技术与管理工作。