连接电抗器对电网变电站链式SVG装置运行性能的影响

郑 薇刘正道冯晓明

（国网营口供电公司，辽宁 营口 115000）

连接电抗器对电网变电站链式SVG装置运行性能的影响

郑 薇，刘正道，冯晓明

（国网营口供电公司，辽宁 营口 115000）

详细分析了连接电抗器对SVG稳定运行的影响，提出了电网变电站链式SVG连接电抗器参数的选取要首先考虑对功率单元直流侧电容工作的影响，再考虑其他几方面的设计原则，并利用PSCAD软件进行仿真验证。根据仿真结果，为1套10 kV SVG选取了连接电抗器值，实际运行结果验证了本设计的合理性。

连接电抗器；SVG；PSCAD

SVG（Static Var Generator）即静止无功发生器，为目前最先进的第三代动态无功补偿装置，以IGBT为核心的自换相桥式电路经过连接电抗器并联到电网上，通过调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位并作用到连接电抗器上转化成系统所需要的无功电流来进行动态无功补偿。SVG的主电路可以采用多重化结构和链式结构。其中链式结构的三相相互独立，可适应于平衡系统、不平衡系统；可采用冗余设计，增强装置稳定性；输出电压和容量可以成倍提高；输出谐波含量很小，所以目前被大多数生产厂家和设计人员采用［1］。

作为链式SVG和外部电网之间唯一的联系，连接电抗器参数的选取直接影响到整套SVG的补偿性能。

1 连接电抗器对SVG性能的影响

1.1 连接电抗器对SVG直流侧电容电压的影响

链式SVG的核心部分是自换相桥式电路，该电路中担负着充放电任务的直流侧电容的性能直接影响SVG的补偿能力和整个装置的安全，其端电压是考核其工作状态的重要指标。而连续电抗器直接影响着直流侧电容端电压的大小［2］。

通过式（1）可得，当SVG额定功率一定、系统电压一定时，连接电抗器参数值大小决定了SVG逆变电路直流侧电容两端的电压高低。连接电抗器的电感越大，额定无功输出时的直流电压越高，对直流电容器和电力电子器件的耐压水平要求也越高，进而影响了SVG装置的结构和成本［3］。

1.2 连接电抗器对SVG输出谐波的影响

在对SVG输出谐波电压进行研究时，可认为系统电压为纯基波正弦电压，则SVG输出的N次谐波电压分量与系统的等效电路如图1所示。

图1 SVG对系统输出谐波电压等效图

图1中，UAn为n次谐波电压分量；X为装置的连接电抗器电感值；Xs为系统等效电抗。

系统接入点A的n次谐波电压分量UAn、IAn为

为了尽量减少SVG装置注入系统谐波电流，需要尽量加大连接电抗器的电感值。同理，系统注入SVG的谐波电流也会减小。

1.3 连接电抗器抑制负序电流干扰

连接电抗器还可以抑制系统电压不平衡所产生的负序电流对SVG的干扰。当系统三相电压不平衡时，除了含有正序电压还含有产生负序电压而SVG输出电压是不含有负序电压的，所以装置对系统的负序电压相当于短路，故SVG中将流过较大的负序电流。这个负序电流可能导致功率模块闭锁，甚至导致内部连线过热损坏，威胁设备的安全。流经SVG装置的负序电流为连接电抗器越大，进入SVG的负序电流越小。

最后，连接电抗器的大小也影响着SVG的动态响应速度，较小的电抗器值虽然能提高动态响应速度，但同样也容易引起系统振荡。表1列出SVG主要性能指标和连接相控电抗器的关系。

表1 连接电抗器值对SVG各项性能的影响

为了削弱电网的谐波、负序电流对于SVG运行的干扰，减少SVG注入电网谐波含量，需要选取较大的连接电抗器；而降低直流侧电容两端电压值，提高SVG的响应速度以及降低设备成本，又需要选取较小的连接电抗器，这就需要设计人员根据现场的实际情况进行权衡［4］。

2 基于PSCAD的SVG连接电抗器仿真试验

为了验证电抗器参数对于链式SVG性能的影响，在PSCAD软件中搭建了1个包含链式SVG、感性负荷和容性负荷的模型。仿真模型参数为SVG电压等级为10 kV，容量为±5 Mvar，通过降压变压器接入上级系统。SVG采用链式拓扑结构和三相星型接法，每相级联有12个H桥功率单元模块，每个模块直流侧电容为5 600 μF，充电电阻9 kΩ。触发方式采用了180°／N的载波移相PWM调制方式［5］。

连接电抗器配置不同电感值仿真（见图2），观察三相直流侧电容平均电压值（见图3、图4）。

图2 10 kV SVG仿真模型系统图

图3 SVG额定功率运行时直流侧电容平均电压（连接电抗器8 mH）

图4 SVG额定功率运行时直流侧电容平均电压（连接电抗器20 mH）

通过对比图3和图4，当SVG输出额定容量的无功时（容性满发），不同大小的连接电抗器决定了H桥中功率单元模块直流侧电容平均电压的大小。当电抗器从8 mH提高到20 mH时，直流侧电容平均电压提高了100 V左右，约12%。该电压的提升，不仅对薄膜电容产生了影响，也增加了功率模块的损耗，对整个SVG装置稳定运行产生了极大影响［6］。

因此，实际应用中，在保证SVG响应时间满足设计要求、注入系统谐波含量少的前提下，应采用小一些的连接电抗器。

3 实际工程验证

图5 满发试验中SVG功率单元电压曲线

工程上，一般连接电抗器取设备容量的10%左右。图5为某变电站安装的1套10 kV±5 Mvar的SVG在现场进行满发试验时直流侧电容电压的曲线。试验时，SVG采用手动模式，从1 Mvar（容性）开始，逐渐发到5 Mvar，功率单元模块的电压从750 V到850 V，始终控制在800 V左右，完全可保证SVG的安全运行。

4 结束语

事实上，大多数电网变电站的谐波含量、三相不平衡度均在国家规定的范围内，同时SVG采用了SPWM触发技术，本身产生的谐波很小，响应速度也能满足变电站无功变化。电网变电站连接电抗器选取的关键是要保证功率部分的直流侧电压处在一个合理水平，这样既保证了设备的稳定性，延长设备使用寿命，也符合国家电网提出的节能降耗的要求。

［1］郭 锐.配电网STATCOM分析与控制研究［D］.镇江：江苏大学，2006.

［2］王 轩.STATCOM在输电系统中的应用［J］.电力设备，2008，19（10）：14－18.

［3］刘元清.配电网STATCOM控制策略分析与装置研究［D］.南京：河海大学，2007.

［4］Flourentzou N，Agelidis V G，Demetriades G D.VSC－based HVDC power transmission systems：an overview［J］.IEEE Transactions on Power Electronice，2009，24（3）：592－602.

［5］栗 春，姜齐荣，王仲鸿.STATCOM电压控制系统性能分析［J］.中国电机工程学报，2000，11（8）：10－19.

［6］马幼捷，弓晋霞，周雪松.STATCOM参数选择及对电压稳定的影响［J］.天津理工大学学报，2007，23（5）：46－48.

Influence of Connection Reactor to Operation Performance of Cascade⁃Connected Static Var Generators in Power Grid Substation

ZHENG Wei，LIU Zhengdao，FENG Xiaoming
（State Grid Yingkou Power Supply Company，Yingkou，Liaoning 115000，China）

In this paper，the influence of connection reactor to SVG stable operation is analyzed in detail，selecting the parameters of cascade⁃connected SVG connection reactor in power grid substation must first consider the influence to the DC side capacitor on the power unit，then consider other design principles，using PSCAD to simulate and verify design principle.According to the simulation re⁃sult，connection reactor parameter for a set of 10 kV SVG is selected.The practical operation results verify rationality of this design.

connection reactor；SVG；PSCAD

TM761.12

A

1004－7913（2016）11－0028－03

郑 薇（1973），女，硕士，高级工程师，从事电力系统科技项目的实施与管理、新技术新设备在电网的示范应用工作。

2016－08－20）