1、SVG的原理、特點及優勢1、靜止無功補償技術介紹靜止無功補償技術經歷了3代：第1代為機械式投切的無源補償裝置，屬于慢速無功補償裝置，在電力系統中應用較早，目前仍在應用；第2代為晶閘管投切的靜止無功補償器（SVC），屬無源、快速動態無功補償裝置，出現于20世紀70年代，國外應用普遍，我國目前有一定應用，主要用于配電系統中，輸電網中應用很少；第3代為基于電壓源換流器的靜止同步補償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM），亦稱SVG，屬快速的動態無功補償裝置，國外從20世紀80年代開始研究，90年代末得到較廣泛的應用。早期的無功補償裝置主要是無源裝置，方法是

2、在系統母線上并聯或者在線路中串聯一定容量的電容器或者電抗器。這些補償措施改變了網絡參數，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統母線上的輸入阻抗。無源裝置使用機械開關，它不具備快速性、反復性、連續性的特點， 因而不能實現短時糾正電壓升高或降落的功能。20世紀70年代以來，以晶閘管控制的電抗器（TCR）、晶閘管投切的電容器（TSC）以及二者 的混合裝置（TCR+TSC）等主要形式組成的靜止無功補償器（SVC）得到快速發展。SVC可以看成是電納值能調節的無功元件，它依靠電力電子器件開關來實現無功調節。SVC作為系統補償時可以連續調節并與系統進行無功功率交換，同時還具有較快的響應速度， 它能夠維持端電壓恒

3、定。SVC雖然能對系統無功進行有效的補償，但是由于換流元件關斷不可控，因而容易產生較大的諧波電流，而且其對電網電壓波動的調節能力不夠理想。隨著大功率全控型電力電子器件GTO、IGBT及IGCT的出現，特別是相控技術、脈寬調制技術（PWM）、四象限變流技術的提出使得電力電子逆變技術得到快速發展，以此為基礎的無功補償技術也得以迅速發展。靜止同步補償器，作為FACTS家族最重要的成員，在美國、德國、日本、中國相繼得到成功應用。電壓型的STATCOM（SVG）直流側采用直流電容為儲能元件，通過逆變器中電力半導體開關的通斷將直流側電壓轉換成交流側與電網同頻率的輸出電壓。當只考慮基波頻率時，STATCOM

4、可 以看成一個與電網同頻率的交流電壓源通過電抗器聯到電網上。由于STATCOM直流側電容僅起電壓支撐作用，所以相對于SVC中的電容容量要小得多。此外，STATCOM和SVC相比還擁有調節速度更快、調節范圍更廣、欠壓條件下的無功調節能力更強的優點，同時諧波含量和占地面積都大大減小。2、SVG的原理 SVG的基本原理是利用可關斷大功率電力電子器件（如IGBT）組成自換相橋式電路，經過電抗器并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。和變頻器及UPS是一類的產品，特別是高壓變頻器，其主電路

5、基本一樣，國內做高壓變頻器的廠家很多，其可靠性已經得到很好的驗證。SVG可以對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償,其由兩大部分組成,即指令電流運算電路和補償電流發生電路(由電流跟蹤控制電路、驅動電路和主電路三部分構成)。其中，指令電流運算電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波和無功等電流分量，因此有時也稱之為諧波和無功電流檢測電路。補償電流發生電路的作用是根據指令電流運算電路得出的補償電流的指令信號，產生實際的補償電流。主電路采用多重化的PWM變流器。SVG采用基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測方式，逆變主電路采用IGBT組成的H橋功率單元級聯拓撲結構，并輔助以小容量儲能元件。它由幾

6、個電平臺階合成階梯波以逼近正弦輸出電壓，這種逆變器由于輸出電壓電平數的增加，使得輸出波形具有更好的諧波頻譜，并且每個開關器件所承受的電壓應力較小，不需要均壓電路，可避免大dv/dt所導致的各種問題。因此這種逆變器可稱為“完美無諧波”變流器。3、SVG的技術特點3.1 PWM控制策略為了保證各逆變橋輸出基波電流相位相等并有效地消除低次諧波,采用了基于載波移相的空間矢量調制(S V M ) 控制策略。S V M 的基本原理是選擇與參考電壓矢量最接近的3 個開關矢量,并控制它們的作用時間,使得一個控制周期內開關矢量輸出的平均效果與參考電壓矢量相等。它具有開關模式靈活、易于數字實現和較低開關頻率下也可

7、以實現較好輸出波形的優點。數字信號處理器(D SP )根據主控制器的調制比M和相角差生成參考電壓矢量,按照參考電壓分解的調制方法計算各開關狀態和作用時間,并通過數據總線發送給F P G A , 從而決定各橋臂開關的脈沖,脈沖經分配處理后驅動IG B T 。如果采用基于載波移相的SV M , N 個逆變橋載波相互錯開2/N角度,總的輸出電壓可以有效地消除低次諧波。SVG的輸出波形3.2 瞬時無功控制策略SVG是基于瞬時無功功率理論的方法，在只檢測無功電流時，可以完全無延時地得出檢測結果。檢測諧波電流時，因被檢測對象電流中諧波的構成和采用的濾波器的不同，會有不同的延時，但延時最多不超過一個電源周期

8、。對于電網中最典型的諧波源三相橋整流器，其檢測延時約為1/6周期。可見該方法具有很好的實時性。以瞬時電流控制器為基礎，采用鏈式SVGM補償不平衡負載時，需要獲得逆變器三相電壓以及參考電流。對于三角接線的鏈式SVG三相電壓為接入點系統線電壓，而參考電流則需進行計算。從電納補償原理出發，可知對不平衡負荷補償時，三角接線環內存在零序電流分量。考慮鏈式SVG三相電容電壓的控制，對逆變器參考電流進行了計算，結合瞬時電流控制器，可得到三角形連接的鏈式SVG對不平衡負荷補償的分相瞬時電流控制，該控制方法可以適應系統電壓不平衡工況。3.3 諧波電流補償當需要補償負載所產生的諧波電流時，SVG檢測出補償對象負載

9、電流的諧波分量，將其反極性后作為補償電流的指令信號，由補償電流發生電路產生的補償電流與負載電流中的諧波分量大小相等、方向相反，因而兩者互相抵消，使得電源電流只含基波，不含諧波。3.4 SVG的鏈式結構SVG 動態補償裝置采用了鏈式結構，將多個兩電平H 橋電路串聯起來，達到電壓疊加的目的。與傳統的多重化變流器技術方案相比，鏈式結構的SVG省略了多重化連接變壓器，不但減小了占地面積，降低了裝置成本，而且避免了多重化逆變變壓器激磁回路中剩磁和飽和非線性導致的裝置過電壓和過電流。在接入系統受到擾動時，鏈式電路可以分相進行控制以便更好地提供電壓支撐作用。不僅如此，采用鏈式結構的SVG還可以降低功率器件的

10、開關頻率，大大降低開關損耗。選用鏈式結構，每相作為一個獨立的鏈，由N 個結構完全相同的鏈節單元串聯而成，具有以下特性：（1） 增加鏈節數即可以提高裝置容量；（2） 鏈式SVG 可以獨立分相控制，有利于解決系統的相間平衡問題，在系統受到擾動時，更好的提供電壓支撐；（3） 降低可關斷器件的開通頻率，降低器件損耗；（4） 各鏈節結構一致，實現模塊化設計，便于擴展裝置容量；（5） 每相設有冗余鏈節，在模塊故障時可以自動旁路模塊，裝置能繼續運行，提高裝置的可靠性；（6） 采用電抗器接入電網，避免多重化變壓器的缺點；（7） 避免了因開關器件直接串并聯使用產生的問題和限制；（8） 在交流系統平衡和不平衡的狀

11、態下，鏈式的諧波特性優于其它結構。采用SPWM（正弦脈寬調制）或SHEPWM（特定消諧），通過高的開關頻率或優化的IGBT 開關角極大降低了諧波含量，有效利用直流側電壓、減小對電網的污染和裝置自身損耗，并能做到短時有功及諧波補償，諧波完全符合國標。3.5 鏈節模塊1) 模塊控制采用大規模FPGA芯片載波移相多電平空間矢量PWM控制策略，電路簡單，抗干擾能力強，可靠性高；2) 采用自勵起動技術，使得裝置投入時沖擊電流小；3) 模塊面板共4個電氣端子，4個光纖端子，接線簡單，還設有若干狀態及故障指示燈，方便維護及檢修。4) 由IGBT 組成的H橋電路輸出的交流逆變電壓相位和幅值可靈活控制，從而實現

12、動態提供容性或者感性無功的功能。3.6 SVG的鏈式模塊串聯的均壓問題鏈節模塊的串聯是多個逆變電源的串聯，而不是IGBT的直接串聯，所以并不需要模塊的一致性，而且每個模塊的脈沖是錯一定的角度，即IGBT并非同時導通，所以產生過電壓的機會并不多。采用脈沖循環控制機制，直流側電壓波動在5%范圍之內。鏈節模塊運行有兩種狀態：啟動過程及無功補償過程。（1） 啟動過程為靜態均壓，由模塊所并聯的電阻完成，合理配置電阻保證模塊不過壓，從而保護了IGBT。（2） 無功補償過程為動態均壓，通過IGBT的驅動脈沖的控制，維持直流電容的電壓，保證IGBT不承受過電壓。檢測直流電壓超過允許值立即封鎖脈沖。3.7 SV

13、G 運行方式SVG裝置有四種運行方式：1：開環調試控制；2：為無功補償控制；3：為電壓穩定控制；4：負荷補償控制。1） 開環調試該方式用于裝置未正式投運前，通過改變裝置輸出的調制比和/或與系統電壓的相位偏移角度，觀察無功的變化，測試裝置的開環無功輸出性能。2） 恒無功該方式用于令裝置輸出恒定大小的無功，通過這種方式可以測量裝置跟蹤無功的準確性和階躍響應速度。3） 恒電壓該方式用于將系統的電壓穩定在一定水平的場合，裝置以系統的電壓穩定在用戶設定電壓值為目標調節裝置的無功輸出。當系統電壓低于用戶設定的電壓參考時，裝置輸出容性無功以提升系統電壓；當系統電壓高于該值時，裝置輸出感性無功以降低系統電壓。

14、本方式中還提供了母線電壓下限和變化率上限的控制參數，當系統電壓值或變化率超限時，裝置滿容量輸出容性無功以迅速支撐系統電壓。4） 負荷補償運行于該方式時，裝置通過檢測負荷側的電流自動調節電流輸出，以提高負荷電流的電能質量。有三個配置項可任意選擇：補基波無功、補負序和補諧波，補諧波可選擇321次相應諧波次數的補償功能。4、 SVG產品技術特點4.1具有自主知識產權，技術領先。4.2裝置由控制系統、電壓源變流器等組成，通過控制逆變移相角 和調制比M，能連續改變逆變輸出電壓，補償范圍寬，既能實現感性補償又能實現容性補償。4.3采用柜式結構，具有安裝周期短、運輸方便、調試周期短。4.4控制系統采用全數字

15、化設計，采用DSP+FPGA+CPLD 的硬件模式，能夠并行處理大量數據、實時數字運算，運算結果精度高，DSTATCOM 響應速度快。4.5 逆變裝置采用強制風冷散熱方式，該種散熱方式效率高、體積緊湊，可以充分利用IGBT 等元器件的容量。4.6控制系統和逆變器之間的采用光纖傳輸信號，徹底解決高低壓隔離問題，避免電磁信號的干擾， SVG 工作更加穩定可靠。4.7保護系統則采用了分級保護策略，將數字保護、邏輯硬件保護和繼電保護融為一體，為裝置的安全運行提供了有力的保障。4.8監控系統采用工業控制計算機，由多個處理單元組成，通過分層式的結構組成方式實現對多個監控量的采集與監控。控制系統具有多重監控

16、及保護功能，完成在系統各種異常情況下的可靠保護。4.9監控系統具有友好的人機界面，便于控制和查詢故障類型和故障位置。4.10監控及保護系統通過通訊管理單元與上級自動化系統實現通訊，通訊管理單元主要完成規約轉換的功能,這樣可以實現遠方監視和控制，實現無人值守。5、 SVG的性能特點5.1 動態補償可同時對無功功率和諧波進行補償，且補償無功功率可做到連續平滑雙向調節。5.2 節能降耗通過無功及諧波補償，不僅減少無功損耗，避免諧波在變壓器內造成更大損耗，還可以提高電氣設備利用率，提高單位時間內注入設備的有功功率，工作效率大大提高，節能降耗的效果顯著（3%15%）。5.3 安全穩定性好傳統的補償系統均

17、屬于阻抗型補償裝置，對系統參數很敏感，當參數配置不合理、或者一段時間后，系統參數發生變化，很容易引起系統諧振或諧波電流放大，這也是一些傳統補償設備經常運行不正常的重要原因之一。諧振或諧波電流放大不僅危害補償系統自身的設備安全，對系統其他設備的安全也是隱患。SVG是電流可控型，對系統參數不敏感，不會與電網阻抗發生諧振，發生諧波放大的情況；即使補償對象電流過大，SVG也不會發生過載，并能正常發揮補償作用, 動態連續平滑的發（吸）無功，補償電流完全可控，不存在過功率因數過補償現象,不會出現無功反送的情況，可以避免供電公司的利率電費罰款。能夠跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受電網頻率變化的影響。5.4

18、 響應時間短傳統補償設備的理論響應時間在2040ms 左右，而SVG 的相應時間不大于10ms，對于快速暫態過程，有著重要的響應速度優勢。對于閃變補償而言，在無功容量足夠的情況下，補償裝置輸出無功的響應時間是閃變補償效果的主要決定因素。在相同的補償容量下，響應時間越小的補償裝置對電壓閃變的補償效果越好；在同等閃變抑制要求下，響應時間越小的補償裝置所需要的補償容量也越小。5.5 優異的諧波輸出特性SVG既可以輸出近似正弦波的無功電流（不含諧波，用于電網補償），也可以輸出設定次數的諧波電流（用于負荷諧波濾波），即SVG輸出電流是完全有源可控的，完全滿足用戶的需要；而SVC產生大量不可控的諧波電流，

19、又附帶大量不可控的無源濾波支路來實現自身產生的諧波電流的濾波。所以SVC的濾波壓力比較大，它要濾除本身的諧波，還要濾系統的諧波電流，它產生的諧波與系統的諧波相當，而且有3次諧波，對系統不利。5.6 運行損耗小SVG采用新型低損耗IGBT功率器件，直接輸出電壓范圍1kV35Kv,省去了連接變壓器，裝置效率可達99以上；而由于損耗曲線特性優于SVC（SVC空載時損耗達到最大），SVG的等效運行損耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效運行耗電量大大低于SVC。SVG比SVC節能的原因ü 串聯電抗器容量不同：SVC串聯100%電抗，而SVG只串聯6%的電抗，而電抗器損耗大約為0.8%的損耗，

20、占主導地位。ü FC部分，SVC的電容容量是SVG電容容量的一倍，所以，電容損耗比SVC的損耗小，電容損耗較小。ü SVC的可控硅的損耗與SVG的IGBT的損耗相當，可控硅的損耗比IGBT損耗小，但SVC部分的可控硅部分的容量是IGBT容量的一倍。而且在SVC的0無功時損耗最大，100%無功時損耗最小，SVG在50%無功時損耗最小，在100%無功時損耗最大，一般動態無功絕大部分時間工作在50%無功狀態。5.7 占地面積小SVG以半導體功率器件構成的逆變器為核心，使用直流電容器儲能，無SVC中體積龐大的濾波支路和電抗器，安裝尺寸一般只有SVC的1/5-1/3，特別適合于對占地

21、面積要求較高的場合。XDVAR系列SVG可做成移動式裝置。5.8 高可靠性SVG采用N+1或N+2冗余主電路拓撲結構，一個（或兩個）鏈節單元損壞后仍可繼續滿負荷運行；在系統短路故障條件下，SVG可連續穩定運行，而SVC因可控硅觸發問題可能發生閉鎖推出運行；SVC使用了大量電容器電抗器，當外部系統容量與補償裝置的容量可比時，SVC會產生不穩定性而發生振蕩，而SVG對外部系統運行條件和結構變化不敏感。SVG還避免了功率器件的直接串聯。5.9 超強補償能力SVG輸出電流不依賴于系統電壓，表現為恒流源特性，在系統電壓跌落到20時仍可以輸出額定無功電流，具有更寬的運行范圍；而SVC輸出電流與系統電壓成正

22、比下降，使得達到同等補償效果SVG容量可以比SVC容量小2030。通過對固定電容器組的綜合控制，可以更好的滿足系統和負荷的補償范圍要求。5.10 多種補償功能ü 抑制電力系統過電壓，改善系統電壓穩定性ü 提高系統暫態穩定水平，減少低壓釋放負荷數量，并防止發生暫態電壓崩潰ü 動態地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩態傳輸功率極限ü 阻尼電力系統功率振蕩 ，在負荷側，能抑制電壓閃變、補償負荷不平衡、提高負荷功率因數、濾除諧波。5.11運行維護簡單SVG實現了模塊化設計，安裝、調試工作量小，基本免維護。具有可靠的防過補技術措施，避免投切震蕩和無功倒送問題。無功

23、動態補償裝置具有可靠的防諧波干擾技術措施，確保自身不產生諧波，在跟蹤負荷變化調節無功功率時，不會發生放大諧波問題。SVG在自動投切過程不引起過電壓，無涌流，無燃弧，使用壽命長，免維護。裝置大功率電力電子元器件具有完善的保護功能，包括但不限于以下類型：直流過壓保護；電力電子元件損壞檢測保護；丟脈沖保護；觸發異常保護；過壓擊穿保護等。在裝置故障時應提供報警信號，嚴重故障時應封鎖SVG驅動脈沖，同時將裝置退出運行。6、與SVC比SVG的技術優勢6.1 設備的先進性:SVC屬于靜止無功補償的早期產品,而SVG是其換代產品,即SVG代表該領域的發展方向。SVG是目前最為先進的無功補償裝置，基于電壓源型逆

24、變器的補償裝置實現了無功補償方式質的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過電力電子器件的高頻開關實現無功能量的變換。6.2 設備的安全性:基于IGBT逆變器，為可控電流源型補償裝置，不會發生諧波放大及諧振，對系統參數不敏感，安全性與穩定性好；SVG屬于阻抗型補償裝置，對系統參數很敏感，當參數配置不合理、或者一段時間后，系統參數發生變化，很容易引起系統諧振或諧波電流放大，這也是一些傳統補償設備經常運行不正常的重要原因之一。諧振或諧波電流放大不僅危害補償系統自身的設備安全，對系統其他設備的安全也是隱患。近年來，SVC頻繁發生電容器燒毀，熔斷器群爆等嚴重事故，致使無功補償裝置長期不能投運，

25、閑置浪費。SVG無需大容量的電容器，SVG相當于系統的一個電源，不改變系統的阻抗特性，避免了類似的事故發生，保證了可靠地長期在線運行。SVC的TCR部分采用可控硅的直接串聯，需要解決器件的均壓問題，要求很嚴格，要求可控硅必須是同型號、同批次的產品，如果某一元件損害，需要更換同一橋臂的所有元件，使維護困難，而SVG是鏈節模塊的串聯，是多個逆變電源的串聯，而不是IGBT的直接串聯，所以并不需要模塊的一致性，而且每個模塊的脈沖是錯一定的角度，即IGBT并非同時導通，所以產生過電壓的機會并不多。采用脈沖循環控制機制，直流側電壓波動在5%范圍之內。采用H橋串聯的鏈式結構，直接接入6kV、10kV、35k

26、V系統，成本降低。而且具備N+1冗余結構，每相一個鏈節單元損壞后仍可繼續滿負荷運行，裝置自身運行可靠性高。6.3 設備的快速性:響應速度更快，SVG響應時間：10ms。SVC響應時間： 20ms。SVG可在極短的時間之內完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉換，這種無可比擬的響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。SVG的硬件系統采用了IGBT可迅速關斷的器件，軟件系統采用了瞬時無功算法，響應時間被縮短在10ms以內；SVC的硬件系統采用的是電流過零才能關斷的晶閘管，軟件系統采用的平均值算法，因此響應時間在40ms以上。SVG對電壓閃變抑制能力更強，SVC對電壓閃變的抑制最大可達2：

27、1，SVG對電壓閃變的抑制可以達到5：1，甚至更高。SVC受到響應速度的限制，其抑制電壓閃變的能力不會隨補償容量的增加而增加。而SVG由于響應速度極快，增大裝置容量可以繼續提高抑制電壓閃變的能力。而對于電爐要求響應速度更高，SVC抑制電爐閃變的效果并不好。6.4 設備的諧波特性:SVG不僅不產生諧波，而且同時具備諧波補償功能，在動態無功補償的同時，可對13次以下的諧波進行濾除。SVG采用了載波移相PWM技術和功率單元串聯多電平技術，自身產生的諧波含量極低，裝置輸出側無需濾波器。而SVC中TCR在補償無功功率同時產生大量諧波，其產生的諧波甚至比系統本身的諧波還大，這就要求裝設大容量的無源濾波器，而且濾波效果受到限制，而SVG本身不產生諧波，只要濾除系統本身的諧波即可，濾波容量減小一半，濾波效果更好。6.5 設備的節能特性:SVG采用新型低損耗IGBT功率器件，直接輸出電壓范圍1kV35Kv,省去了連接變壓器，裝置效率可達99以上；而由于損耗曲線特性優于SVC（SVC空載時損耗達到最大），SVG的等效運行損耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效運行耗電量大大低于SVC。SVG比SVC節能的原因ü 串聯電抗器容量不同：SVC串聯100%電抗，而SVG只串聯6%的電抗，而電抗器損耗大約為0.8%的損