SVG技术及其优势

SVG技术及其优势

王沛轩

（甘肃电器科学研究院甘肃天水741018）

摘要：分析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。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。

关键词：SVG；无功发生器；原理；特点

1SVG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（StaticVarGenerator，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）；相对于SVC（StaticVarCompensater，简称SVC），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。

SVG可以分为电压型和电流型两类，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。

2SVG的基本原理

图2SVG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。

3SVG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。

4SVG的特点与优势

和传统的SVC等无功补偿装置相比，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SVG是电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，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的电流源特性也使其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ISR，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，且是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。SVG用于输配电网时，闪变抑制效果要比SVC好2～3倍，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，SVG对系统参数不敏感，安全性与稳定性好；其能在一定范围内提供有功功率，减少有功功率冲击；相比而言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。

5小结

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。其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。

参考文献：

[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．

作者简介：

王沛轩（1988-），男，本科，助理工程师，主要研究方向为电子信息工程。