SVG静态无功补偿装置介绍

一 SVG工作原理及运行特性

         SVG是基于大功率换流器，以电压型逆变器为核心，直流侧采用直流电容为储能元件以提供电压支撑的无功补偿装置。在运行时相当于一个电压、相位和幅值均可调的三相交流电源。

        逆变器正常运行依赖于直流侧的电压支撑，在逆变器接入交流电源时，由各IGBT反向续流二极管构成整流器， 对直流电容器充电；正常运行后，直流电容器的储能将会用来满足逆变器的内部损耗， 电容电压会下降，必须不断的对电容器充电补能使电压保持在工作范围。通过使逆变器输出电压滞后系统电压一个很小的角度来实现， 逆变器从系统吸收少量有功满足其内部损耗， 保持电压水平。改变逆变器输出电压的幅值，达到发出或吸收无功的目的。

稳定时，链式SVG输出的无功电流如下式:

工作原理示意图如下：

运行模式	波形和向量图	说明
空载运行		UI=US IL=0
容性运行		UI>US IL为感性电流
感性运行		UI<us< span=""></us<> IL为容性电流

运行特性

SVG的工作原理决定了无论交流系统电压为多少，它都可以在其最大的容性或感性范围内独立控制其输出电流，欠压条件下无功调节能力更强。

SVG链式结构

每相由若干单相桥串联组成。

SVG链式结构特点

总的电压输出和整个装置的容量可以成倍提高；可以对串联的每个桥采用不同的驱动脉冲，使每个桥输出电压所含谐波大小和相位不同，使最终叠加的总输出电压谐波含量很小；链式结构可以模块化，而且在设计时便于采用冗余设计，串连桥链中某一个损坏可以被旁路，不影响整个桥链的工作，便于容量扩展；链式结构三相相互独立，在系统不平衡时其可通过三相独立控制，正常投入运行，更好的提供电压支撑；链式结构不足：三相独立且每个单相桥直流侧分隔，装置在工作时，直流侧电压波动较大，因而直流侧需要安装容量较大的电容器，同时串联的单相桥直流侧电压可能不平衡，因此需平衡直流侧电容，否则影响装置安全。

二 SVG结构组成

SVG组成部分主要为串联电阻箱、串联电抗器、启动柜、功率柜、控制屏。三相逆变功率单元为星接。

串联电阻

SVG采用电压源逆变器结构，连接电抗(或等值电抗)及等效电阻较小，由SVG无功电流公式可知，驱动脉冲一个小的角度偏移误差可能导致STATCOM装置出现过电流进而引起输出电流波动，增大Ｒ相当于增大系统阻尼系数，减小输出电流过冲和震荡 ；另由于对SVG装置损耗有明确要求（大型SVG装置的效率都要求在96％以上），因此串联等效电阻R并不提倡使用。

串联电抗器

作用：限制无功输出电流；滤除装置产生的高次谐波；将两个电压源连接起来。电感值增大时，滤除补偿电流高次谐波效果较好，但装置补偿电流减小。

启动柜

由接触器、旁路电阻、电压互感器、电流互感器、避雷器组成。

主要作用：实现SVG自励启动，限制上电时直流电容的充电涌流，避免IGBT模块、直流电容损坏。SVG上电时，旁路电阻串于充电回路，起限流保护作用；需将电阻通过接触器旁路后SVG方能投入运行。设计有接触器与上端口断路器的互锁，保证断路器“合”状态时接触器执行“合”动作。

其他作用：线电压、相电流二次信号输出；阀端过电压保护。

功率柜

功率柜采用抽屉式结构设计，结构紧凑，便于安装；对装置整体发热进行估算，设计有专门风道，合理选取散热风量。

功率柜主要由功率单元组成，其核心部件为IGBT。

IGBT模块

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

控制屏

控制屏由各类开关、继电器、电源、控制器、显示屏等部件组成，通过二次线连接，实现对启动柜、功率柜的控制。其中，控制器是核心部件。

作用：实现对SVG运行情况的控制并将控制信息上传，实现SVG在不同模式下的正常运行。

三 应用领域

区域电网中存在大量感性负荷，其自然功率因数较低，造成线路损耗增加，线路压降增大，用电端电网质量变差，设备的运行条件恶化，同时也降低了输变电设备的供电能力及用电设备的出力。SVG可对电网进行综合无功补偿，实现无功、谐波、电压不平衡等电能质量问题的有效治理。

             

地铁

地铁白天功率因数大约0.9左右，但夜晚功率因数只有0.3左右，日平均功率因数大约在0.78左右，无功波动较大。由于电缆的充电影响，使得地铁系统夜晚处于无功倒送状态，使得母线电压升高，危害用电设备及系统的稳定性。SVG可快速准确地对地铁系统进行无功补偿，稳定了母线电压的同时也提高了功率因数，彻底地解决无功倒送问题。

电力机车

  电力机车本身是单相负荷，电气化铁路为三相变单相供电方式，使得机车工作时会产生大量谐波电流及无功电流，严重影响到供电系统的电能质量同时也危害到机车本身的安全运行，因而谐波和无功是电气化铁路日趋严重并急需解决的问题。单相SVG可动态调节供电系统的无功功率，提高了功率因数，并可有效低滤除机车产生的高次谐波。彻底解决了无功和谐波问题。

新能源发电

随着新能源发电技术的广泛使用，使得风力发电装机容量及太阳能装机容量在电网中所占比例越来越高，对电网的影响也越来越大，由于风力发电的随机性，对电力系统的有功无功都会带来影响，从而引起电压的波动。

此外电力系统的低电压故障也会影响到风电场的并网，影响到风机的安全运行，因此国家标准明令规定风电场必须配置无功电压调节系统，当发生低电压故障时，SVG可动态调节无功大小，稳定母线电压，减小了风机的无功出力，提高了区域电网的稳定性。

冶炼行业

电弧炉及轧机是非线性及快速无规律变化负荷，工作时产生负序电流和偶次奇次谐波电流，使得电网电压畸变更加严重，因而使得电网电压产生较大波动及闪变，功率因数极低。SVG能快速准确地检测出电弧炉无功电流及负序电流，5ms之内输出需要补偿的无功及负序电流，从而提高了供电系统的功率因数，抑制了电网电压不平衡，稳定了母线电压，最大程度抑制了电压闪变。另外滤波装置FC可消除有害的高次谐波并同时提供基波补偿容量。

港口、矿山

港口、矿山负荷变化大、速度变化快、短时重负载，属于无功功率冲击性负载，且普遍使用可控硅交、直流驱动装置，产生大量的谐波。港口企业属于重要负载，必须保证港口的供电质量。

SVG能够快速跟踪港口负荷变化情况，及时响应负载无功变化，保证了供电系统的功率因数。同时有效滤除谐波。