静止无功发生器SVG在电力系统上的应用

潘令春蒋旭梁益

（国网台州供电公司浙江台州318000）

摘要：无功功率的实时快速及准确补偿在电网优化中具有重要的意义，传统的无功补偿装置难以满足现在电力系统的补偿需求。本文介绍了静止无功发生器（SVG）的工作原理，通过引入一个SVG在电力系统上的应用实例，阐述了SVG系统的构成、控制策略以及功能实现。

关键词：静止无功发生器；无功补偿；控制策略

1引言

随着电力电子技术的发展及相关负荷设备的大规模应用，电力系统对无功补偿设备的性能要求不断提高。静止无功发生器（SVG），也被称为静止同步补偿器或静止调相机，是指采用全控型电力电子器件组成的桥式变流器来进行无功补偿的装置。与传统的无功补偿装置相比，SVG具有补偿范围宽、响应时间快、补偿功能多样化、占地面积小等技术优势，代表了无功补偿技术和设备的发展方向。

2SVG的工作原理

SVG的基本原理是将桥式变流电路经过变压器或电抗器接到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态调整控制目标侧电压或者无功的目的。

根据直流侧储能元件的不同，SVG可分为采用电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型，目前使用的SVG大都采用电压型桥式电路。图1是一种基于电压源型变流器的SVG系统的基本拓扑结构。

图1SVG系统的基本拓扑结构

如图中所示，SVG系统通过IGBT的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，相当于一个电压型逆变器，其交流侧输出接入电网。因此，当仅考虑基波时，SVG可以等效为幅值和相位均可控的与电网同频率的交流电压源，通过交流电抗器连接到电网上。通过改变SVG交流侧输出电压UI的幅值及其相对于电网电压US的相位，就可以改变连接电抗上的电压，从而控制SVG从电网吸收的电流IL的相位和幅值，即控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。具体工作原理如下：

（1）如果UI=US，SVG不起任何补偿作用；

（2）如果UI>US，SVG输出的无功电流超前于电网电压，SVG发出容性无功；

（3）如果UI<US，SVG输出的无功电流滞后于电网电压，SVG吸收容性无功。

3SVG应用实例

某220kV变电所有2台主变压器，220kV/110kV/35kV三圈变配置，其中220kV、110kV母线为双母线接线方式，35kV母线为单母分段接线，35kVI、II段母线分列运行。

为保证电网低谷负荷时能高功率因素运行，变电所安装投入了一套由南瑞继保公司出厂的PCS-9583静止无功发生器（SVG）系统，设备容量为10MVar。本套SVG设备安装在35kVII段母线上，控制目标为220kV两台主变高压侧总的无功功率或功率因数。

3.1SVG系统构成

PCS-9583SVG系统主要由四个部分组成：控制柜、功率阀组柜、启动柜和连接电抗器或连接变压器。

控制柜由核心主控装置PCS-9583和阀组触发控制单元PCS-9589构成，主要完成信号采集、阀组脉冲的发生、SVG系统的自检、监视和保护以及不同场合控制策略的实现等；

SVG功率阀组柜是SVG系统的基本组成单元，由大功率电力电子器件IGBT及其驱动电路、支撑电容、控制板卡及相关附属器件等组成。功率阀组采用紧凑型的结构设计，体积小，功率密度高，可实现大容量功率输出，具有较强的通用性及完善的保护功能，能大大提高其SVG系统的稳定性和可靠性；

启动柜的主要功能是在SVG系统解锁并网运行前对直流侧电容充电，启动柜与功率阀组柜之间通过穿墙套管实现并柜连接；

连接电抗器或连接变压器的主要作用是将SVG系统并联到系统侧，利用变压器的漏感充当连接电抗器的作用，实现能量缓冲，降低输出电流纹波。

3.2控制策略

本套SVG系统的控制目标为变电所内两台主变220kV侧总的无功功率或功率因数保持恒定。SVG设备通过35kV/10kV的降压变挂在35kVII段母线上，根据采集的模拟量和控制的无功功率进行计算得到所需的目标值进行补偿。

1、恒无功控制策略

输入控制系统的指令为无功功率指令，控制系统根据补偿点的无功功率控制目标，从而调整SVG输出的无功功率，该控制模式通常用于直接补偿站内负荷无功，以减小主变压器损耗、提高有功输送能力。

恒无功控制模式采用双环控制方式，电流内环采用dq解耦控制，无功外环及直流电压外环采用PI控制。无功外环的控制目标是根据无功功率控制目标值调整SVG输出的无功功率，直流电压外环的控制目标是通过控制SVG与系统总有功交换来保证链节直流电压平均值与给定参考值相符。

2、恒功率因数控制策略

输入控制系统的指令为功率因数指令，控制系统根据功率因数控制目标侧功率因数，从而调整SVG输出的无功功率。该控制模式通常用于补偿主变压器高压侧功率因数，以提高系统的功率因数。

恒功率因数控制策略实质上与恒无功控制相同，其差异仅在于给定无功指令的计算方式。恒无功控制模式中的无功指令为通过计算控制侧的无功功率得到，而恒功率因数控制模式中的无功功率指令为通过计算控制侧功率因数提高至指令值所需的无功功率补偿量得到。

3.3SVG系统的功能实现

SVG后台监控系统采用南瑞继保PCS-9700监控系统，可以与综合自动化后台集成在一起，监视SVG各部件的运行状态，根据系统情况及要求配置不同的控制方式和控制参数，使SVG运行在不同的模式下，达到预定的补偿目标，同时对设备进行保护，且可通过通讯接口与站控和上级控制（或调度中心）保持相互传送信息和运行命令。

4结语

分布式新能源发电站的大规模建设，以及非线性、冲击性负荷的快速增长，极易造成电力系统的大幅扰动，使电网发生电压畸变的情况大大增加，从而对生产运行的敏感设备造成不利影响。SVG以其具有响应速度快、控制精度高、可动态连续补偿、有效抑制电压波动和闪变等优越性能，已成为柔性交流输电系统装置的重要成员之一。

参考文献：

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[3]庄文柳，张秀娟，刘文华.静止无功发生器SVG原理及工程应用的若干问题[J].华东电力，2009，37（8）.