静止无功发生器 SVG

  背景介绍

  电网运行时，输出功率分为两部分：一是有功功率，消耗电能，将电能转变为机械能、热能、化学能等对外作功。二是无功功率，不消耗电能，是用来在电气设备中建立和维持磁场，进行能量的交换、输送、转换创造了必须的条件。电力系统发出的所有功率是有功功率和无功功率的矢量和，所以为维持较高的供电效率需提高功率因数，同时为保证和稳定供电质量需要额外补偿无功功率，在此情况下无功补偿装置应运而生。

  无功补偿装置发展至今主要分三个阶段：

   第一代并联补偿电容器（FC）一般只适用于固定补偿，即对无功功率进行静态补偿，而近年来使用的TBBZ10自动补偿装置（HVC）一般只适用于补偿变动不快的无功功率，其使用的机械开关（接触器）动作慢，且会产生诸如涌流冲击、过电压、电弧重燃等现象，开关本身和电容器都容易损坏。

   第二代SVC补偿装置是使用晶闸管的一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整。它包含TSC型晶闸管直接投切电容器；自饱和电抗器MCR型SVC及晶闸管控制电抗器TCR型SVC。但由于其响应速度慢、自身功耗大、占地面积大等缺陷近年来已逐步退出市场。

   第三代SVG装置突破了传统的无功补偿理念，即不使用电容器、电抗器产生无功功率，而采用电力电子器件IGBT功率管来搭建整流和逆变电路，组成动态无功发生电源（简称SVG），可对负荷实现双向补偿和连续调节，实现功率因数全程接近1。

    各种无功功率动态补偿装置的简要对比

表1 无功补偿装置对比表

与传统的以TCR为代表的SVC相比,SVG的调节速度更快,运行范围宽,而且在采取多重化或PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。更重要的是,SVG使用的电抗器和电容元件远比SVC中使用的电抗器和电容要小,这将大大缩小装置的体积和成本。由于SVG具有如此优越的性能,是今后动态无功补偿装置的重要发展方向。

基本原理

SVG的基本原理是将桥式变流电路通过电抗器并联(或直接并联)在电网上,适当调节桥式变流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,使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,从而实现动态无功补偿的目的。

根据直流侧储能元件的不同,SVG分为采用电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型,其电路基本结构如图1a和1b所示,分别采用电容和电感两种不同的储能元件。对电压型桥式电路,还需再串联上连接电抗器才能并入电网；对电流型桥式电路,还需在交流侧并联上吸收换相过电压的电容器。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,因此目前SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作动态无功补偿的装置。

 SVG的系统构成

    ①主电路。断路器、系统连接变压器（或连接电抗器）、起动电路、电压型逆变器。

    ②监测控制与保护系统。控制器、脉冲发生单元、脉冲分配单元、驱动与保护电路、监测与故障诊断单元、远程后台系统。

    ③工程结构与冷却系统。

图2 静止无功补偿装置相关产品