静止无功发生器（SVG）的作用及应用

徐良凯

（浙江八达电子仪表有限公司时通电气分公司，浙江 金华 321000）

1 概述

无功功率的存在严重威胁电网系统的稳定及安全运行，无功功率补偿已经成为衡量电能质量的重要指标，静止无功发生器（SVG），作为一种新型的动态无功补偿装置，运行过程中不仅达到精确的无功补偿效果，而且具有响应速度快、控制精度高、可动态连续无极补偿、能实现双向无功输出，对负序电流有一定抑制作用、三相负荷不平衡自动调节等优越性能，其应用可解决传统的电容器或者电容器+电抗器为主要代表的传统无功补偿装置投切响应速度慢、容易发生投切震荡和并联谐振、补偿效果欠佳等缺点，SVG在动态无功补偿方面有着无可比拟的优势。

静止无功发生器（SVG）可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、充电站、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机械加工、机场港口的供电系统、医疗机构等。将静止无功发生器（SVG）安装在负荷附近，实现动态无功补偿的目的，将会有力改善电能质量，降低线路损耗，实现保障电力系统稳定运行。

针对不同行业，介绍了无功功率容量的三种计算方法。为了方便广大用户的选型，文章特别针对静止无功发生器（SVG）的设计方案选型进行了着重介绍。

2 静止无功发生器（SVG）的工作原理

静止无功发生器（SVG）是指以无功补偿为主，兼顾谐波补偿功能，通过检测补偿对象中的电压和无功电流，通过其控制系统经指令进行闭环电流运算，驱动PWM变流器的功率器件(IGBT)，放大补偿电流，从而使SVG输出与用户设备中大小相等、方向相反的无功电流，补偿电流与负载电流中要补偿的无功电流抵消，达到无功补偿的目的。可以实时补偿电网无功功率与电流不平衡、抑制电压闪变等常见的电能质量问题，保证工矿企业的经济、安全运行。

3 静止无功发生器（SVG）的主要技术特点

（1）极速响应时间。静止无功发生器（SVG），整套装置从采集补偿信号到装置输出的全响应时间可在一个周波内完成，响应时间小于5 ms，动态响应时间小于50 μs，从而实现快速补偿，特别时候负荷快速变化的场合。尤其对于如大功率冲击式破碎机、点焊机等冲击性负荷现场，完全可以快速补偿无功功率，解决了接触器等机械式开关投切电容器所带来的欠补偿或过补偿的问题。

（2）双向无功输出。传统无功补偿装置采用电容器、电抗器等组成补偿支路，只能提供感性无功，而不同容性或者感性负载可能在系统呈现容性、感性无功反复变化的状态，传统无功补偿装置对于容性无功失去补偿效果。如锂电池充电设备呈容性，民用建筑中在变压器轻载或空载的情况下，供电电缆的分布电容致使负载呈容性。传统补偿装置难以满足。SVG可动态双向无功输出，在（-1~1）连续调节无功功率，既可补偿感性负载，又可补偿容性负载。对于任何感性、容性负载，都可实现有效补偿，可使系统功率因数最大可达0.99。

（3）滤波功能。在民用电器设备，工业电气设备中，大量整流变流设备的使用，对电网造成较大的污染。严重的情况，一台谐波源会影响到其他电器（气）设备的正常运行。SVG具有一定的滤波功能，能够滤除2~13次谐波。其滤波容量不大于额定输出容量的50%。

（4）三相负荷不平衡自动调节。民用中，在配电台区和小区供电，由于存在大量单相负荷，致使在运行中三相负荷不平衡。工业负荷中，如电焊机，点焊机较多的机械加工行业。由于目前设备供电大多采用两线制供电，负荷呈现变化速度快、三相电流不平衡的特点。长期运行不仅造成能源消耗，同时对变压器的长期、安全、可高运行带来隐患。SVG不仅具有快速无功补偿功能同时具有三相不平衡自动调节功能，保证变压器器出口至安装点的不平衡度≤2%。

（5）无功容量连续调节，实现无级补偿。传统无功补偿装置采用固定容量电容器分组投切补偿方式，每组电容器容量决定了投入或切除容量大小，容易过补或者欠补，不能实现断续补偿。SVG能实现无功容量连续调节与平滑输出，实现无极补偿，保证快速补偿和全程的高功率因数运行，稳定电压，最大程度实现节能降耗。

（6）传统采用电容器补偿，电容器为固定容量分组补偿，阶梯式无功输出，易过补或欠补，补偿容量有级差，会出现补偿盲区，导致补偿精度不高，难于达到与系统功率因数完全平衡。由于固定容量分组补偿，可能出现投入一组电容器后出现过补，不投入又出现欠补，因此电网中总会残留一部分无功功率无法补偿，无功功率增加了电能损耗，提高了运行成本，造成了资源浪费，取得的经济效益较低。在变压器轻载或空载的情况下，传统补偿方式易出现欠补偿或过补偿现象。SVG具有连续可调补偿输出，极好的解决了传统无功补偿台阶式补偿的缺点。

（7）体积小，灵活组合，寿命长。SVG采用模块化设计，可采用柜式或者壁挂式安装，安装过程简单，工作量小。SVG能实现快速补偿，无需设置大容量大体积的电容器电抗器做储能元件，占地面积小，比相同容量其他类型动态补偿的体积小50%及以下。 传统无功补偿受系统电压影响大，随电压升高，补偿容量减小，而SVG采用有源型补偿电路，动态补偿容量受系统电压影响较小。随着系统电压变化时，SVG补偿回路能够输出与额定工况相近的无功电流，从而达到无功补偿的效果。

SVG是免维护低损耗产品，不存在谐振过电压的问题，设计命(MTBF大于10×104小时)在十年以上。

4 静止无功发生器（SVG）选型方法

（1）容量确定，静止无功发生器（SVG）容量选型的方法有三种：

第一种：计算法，无功补偿容量应根据用户的自然功率因数计算后确定。

根据不同类型的负载的各自容量如果有详细资料：如变压器容量（S），未补偿时的自然功率因数（cosφ1）和需要补偿的目标功率因数（cosφ2）则可直接计算出实际所需补偿补偿容量Qc=S＊（tanφ1- tanφ2）

第二种：查表法，无功补偿容量计算系数表查询。

对于已经明确无功功率负载大小的企业。在计算无功补偿容量时，可以根据无功补偿查询表，提供补偿前后的功率因数，得出系数，乘以有功功率即可。通过计算得出的补偿容量，是企业所需的补偿容量，我们需要留一部分安全裕量，供后期扩建项目时使用。

第三种：估算法，当不具备设计计算条件时， 根据变压器总容量估算，可以根据变压器总容量的20%~40%，来估算企业所需的补偿容量值。比如负载是电动机，那么就大一点40%。如果是公变，那么就小一点20%。

（2）静止无功发生器（SVG）方案设计。设计方案的选择：对于配电网，根据运行实际情况选择静止无功发生器（SVG）采用集中补偿还是就地补偿；SVG额定电压等级与频率要与电网系统一致，静止无功发生器（SVG）产品覆盖30~100 kvar，一般容量有30 kvar、50 kvar、75 kvar、100 kvar这几种规格，可搭配选用。

用户对于电网的运行可靠性与电能质量的要求较高，需要实现快速补偿，特别时候负荷快速变化的小容量补偿场合。可选用纯静止无功发生器（SVG）进行无功功率补偿；国内的无功补偿装置基本上是采用电容器或者电容器+电抗器进行无功补偿，通过无功功率控制器和复合开关投切电容来实现固定容量分组补偿，补偿精度不高，补偿后的功率因素一般在0.8~0.9。SVG无功补偿装置采用的是有源型补偿电路进行无功补偿，无功容量无极连续调节，响应速度快，补偿精度高，实现无级补偿，补偿后的功率因素一般可达0.99。同时SVG无功补偿装置运行中不产生谐波，能消除一部分的谐波，减少谐波损耗，降低谐波污染公用电网，节约电能，如图1。

用户对于电网无功补偿容量较大，又需要能够快速响应而进行调节无功功率，可以选用智能电容器补偿装置和静止无功发生器（SVG）组合补偿方案。静止无功发生器(SVG)用于调节三相不平衡和快速无功补偿，智能电容器用于无功补偿，运行过程中，智能电容器补偿大容量固定负载无功，SVG 能根据采样电流互感器反馈的补偿状态，快速调节装置补偿容量，达到实时补偿的效果，既能实现快速响应补偿，又弥补SVG补偿容量不足的情况。从安全和经济成本方面考虑，智能电容器补偿装置和静止无功发生器（SVG）组合补偿方式可按补偿总容量的70%和30%来组合。

（3）SVG+电容补偿方案（图2）。

（4）SVG+电容补偿控制回路组成。静止无功发生器（SVG）补偿系统由控制器、SVG模块和通用LC补偿模组组成，实现了两者的完美结合，既减少了成本，又基本实现了动态补偿的效果。补偿后的功率因素一般在0.98以上，同时无过补，无欠补情况，全响应时间小于15 ms，暂态响应时间为5 ms。同时SVG自身损耗小，寿命长，使用寿命十年以上，能实现免维护，模块化设计，多种容量选择，方便并联扩容。

（5）传统无功补偿与SVG结合的优越之处。传统无功补偿与SVG结合，传统无功补偿采用的是慢速开关器件，通过无功功率控制器对电容器分组投切，投切容量受限于每组电容器容量，阶梯式无功输出，存在级差，投切响应速度慢，无功补偿精度低。SVG采用的是由有源型补偿电路产生补偿电流的方式，能无极补偿，投切响应速度快，无功补偿精度高。如果出于经济性考虑，采取50 kvar或100 kvar的SVG进行盲点覆盖，实现无级投切，剩余补偿部分采用智能电容器分组投切完成，既能保证无功补偿的平滑投切，解决级差问题，又能控制成本，即SVG+TSC的方式。如图3。

（6）无功补偿方式比较，见表1。

表1 三种无功补偿方式比较表

5 结束语

静止无功发生器（SVG）作为一种新型的动态无功补偿装置，运行过程中不仅达到精确的无功补偿效果，而且具有响应速度快、控制精度高、可动态连续无极补偿、能实现双向无功输出，对负序电流有一定抑制作用、三相负荷不平衡自动调节等优越性能。传统无功补偿与SVG结合使用，即可弥补精度的问题，而且响应速度快，节约成本，可大力推广使用。