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摘要： 本文介绍了高压H桥型链式SVG的基本原理、性能特点及优势，及其主要的应用领域。主要介绍了SVG在冶金行业、风电行业、城市区域二级变电站的应用优势。
关键词： SVG高压静止型无功发生器; 动态无功补偿; H桥型链式SVG; 电能质量优化; 低电压穿越
中图分类号： TM51 文献标识码： A
High Voltage Chain SVG Technology and Its Main Application Areas
Chen Ya-jun
（Guangzhou Zhiguang Energy Saving Co.， Ltd.， Guangzhou 510535， china）
Abstract： This paper introduces the basic principle， performance characteristics and advantages of high-voltage H-bridge chain SVG， and its main application fields. This paper mainly introduces the application advantages of SVG in metallurgical industry， wind power industry and secondary substation in urban area.
Key words： SVG High Voltage Static Reactive Power Generator; Dynamic Reactive Power Compensation; H-Bridge Chain SVG; Power Quality Optimization; Low Voltage Crossing
1 引言
随着大量非线性、冲击性、不平衡特征的电力负载接入电网后，造成有功和无功负荷不规则的频繁波动，功率因数偏低，并产生大量非正弦畸变的高次谐波，对电网造成了严重的干扰，谐波电流和谐波电压对公用电网而言可谓是一种污染，会导致公用电网电压波动及闪变的时常发生，致使供电质量不合格。传统的无功补偿设备已无法满足技术要求，选择SVG进行动态无功补偿和谐波治理，是解决上述问题的可行的较好方法。
2 链式SVG的原理及优势
2.1 链式SVG的基本原理及运行模式
SVG是指采用新型大功率高速可关断全控型电力电子器件IGBT（其开关频率不低于500Hz）组成的链式电压源型换流阀，系统主电路采用链式串联结构，星形连接，经过连接电抗器并联在电网上，以IGBT变流装置为核心，将直流电压逆变成交流电压，并控制该交流电压的幅值和相位，从而控制SVG系统输出连续可调的感性无功或者容性无功和滤波功能。
可用图1所示的等效电路来阐述SVG的工作原理。假设系统电网电压和SVG 输出交流电压分别用US和UI表示，那么连接电抗器X上的电压UL即为US和UI的差，而连接电抗器的电流是可以由其电压进行控制，改变UI幅值的大小就可以控制SVG从电网吸收的电流iL是滞后90°还是超前90°，并可以控制□L的大小。因此，当UI=US时，SVG空载运行;当UI>US时，SVG发出连续可控的容性无功;当UI 2.2 链式SVG性能特点及优势
SVG是目前最为先进的无功补偿技术，基于大功率电力电子器件IGBT電压源型逆变器组成。SVG不需要采用并联电容器组和电抗器，通过IGBT的高频开关控制无功功率的快速变换，SVG控制系统可以根据负载特点和不同的工况，自动调节其输出无功功率的大小和性质（容性或者感性），SVG较传统的SVC无功补偿装置有如下优势：
2.2.1 连续调节响应速度快
SVG采用的IGBT器件开通关断时间≤2μs，结合多电平PWM控制算法，使SVG响应时间可以控制在≤5ms之内，而传统SVC补偿装置响应时间≥20ms，相比而言，SVG补偿冲击性负载的效果更好。
2.2.2 运行范围宽，低电压穿越（LVRT）性能好
SVG能够在额定感性到额定容性的范围内动态调节，SVG比SVC的补偿运行范围宽很多。例如，一套额定容量为8Mvar的SVC，需要TCR或MCR容量为-8Mvar（感性）和FC电容器组容量为+8Mvar（容性）配合使用，只能实现在0～8Mvar之间补偿;而一套额定容量为8Mvar的SVG可实现-8Mvar（感性）～+8Mvar（容性）范围内连续可调。相同容量SVC装置损耗大约是SVG的1.5倍左右，而占地面积SVG只有SVC的1/2左右。
SVG具有电流源的特性，输出电流可不受母线电压影响，在系统电压因故障或其它原因瞬间降低到一定程度时，SVG可快速提供无功支撑，以帮助系统恢复电压，而SVC属于阻抗型特性，输出无功电流随母线电压降低而呈比例下降，因此，SVG的低电压穿越功能相对较好。
2.2.3 补偿功能多样化
针对不同的工况系统，可以实现不同的多种补偿模式。可设置无功、电压、谐波、负序、联合控制模式。
2.2.4 优越的暂态控制策略
针对电压突变ΔU，控制的目标是使电网电压回到给定值，即ΔU趋向于零;针对电压突变率ΔU/Δt，控制的目标是抑制电网电压异常突变，为系统暂态故障情况下提供电压支撑，或者故障切除后加快电压恢复能力。 2.2.5 可靠性高、维护量小
SVG功率柜由多个IGBT功率单元组成，功率单元采用模块化设计，满足IGBT功率模块N-1运行方式，各功率单元结构和电气性能完全一致，系统装置内可以互换使用，有效提高系统可靠性，减小维护量。
2.2.6 补偿三相不平衡效果好
链式SVG采用分相控制技术实现了对三相不平衡负荷的补偿，有利于解决电力系统相间不平衡的问题，在系统受到扰动时，更好地稳定系统电压。
3 链式SVG主要应用领域
3.1 冶金行业
冶金行业典型的冲击性负载有电弧炉、中频炉、轧机等。负荷剧烈的变化将会造成无功冲击，导致功率因数降低，引起电网电压降低及波动，严重时还会影响其它电气设备正常工作，产品不良率会提高，降低了生产效率。同时非线性负载还会产生有害的高次谐波，使电网电压产生严重畸变和闪变，为了解决上述问题，必须安装具有快速响应速度的SVG，系统响应时间≤5ms，完全可以快速补偿冲击性负荷所带来的波动，从而稳定系统电压，提高功率因数，有助于提高生产效率和产品质量。
3.2 风力发电行业
由于风速的不稳定性和风力发电机组本身的运行特性造成发电机输出功率波动较大，同时无功功率需求也不稳定，从而造成风电场母线电压出现较大的波动，当风电场发出的电经过升压后接入电网公司110kV或220kV变电站公共连接点（PCC）时，为了不影响对上级电网造成冲击，风电场10kV或35kV母线侧都需要配置SVG动态无功补偿系统，并且SVG控制模式需要设定为电压控制模式，以满足并网、风电系统启动、停机、风速变化時的动态无功补偿能力，使风力发电系统在额定电压偏差下正常运行。另外SVG良好的低电压穿越功能在风电场得到了广泛的应用。
3.3 城市区域二级变电站
由于城市产业结构发展规划不同，有的区域夜间负荷较低，白天负荷较高;有的区域如在经济发达区域的移民城市，例如深圳、东莞等，春节期间大量人员离开工作、生活的城市返回家乡过春节，这期间移民人口大量缩减，工厂放假，用电负荷急剧下降，负荷峰谷差较大。在以往设计中，城市区域电网在规划设时普遍采用分级投切电容器组进行无功补偿，电容器组只能向供电系统提供容性无功。随着城市电网建设的发展，架空线路受到限制，大多数区域都采用电缆沟敷设，在负荷较低期间，电缆充电功率呈现容性，向系统到送无功，直接导致母线电压偏高，这一现象在地铁线路较多的变电站尤为突出。当然还有其它原因导致电力系统在低负荷时出现无功到送的情况，而现有电容器组或并联电抗器不能很好的解决该问题，SVG可实现动态跟踪电网的无功需求，实现容性无功、感性无功双向无缝调节。稳定母线电压的同时，实现变电站在任意负荷下保持较高的功率因数运行，彻底解决了负荷较低时出现无功到送的问题。
3.4 SVG的应用情况
智光电气自主研发的SVG产品于2011年11月在云南省丽江市宁蒗县牦牛坪49.5MW风电场投运。该风电场位于海拔3300米以上，是当时国内在建海拔最高的风电场。本项目电压等级为35kV，补偿容量为15Mvar，对产品的可靠性、安全性有较高的要求，此项目投运，填补了国内最高海拔领域风电场大容量SVG应用的空白。
智光电气自主研发的SVG在多个领域均有成功的应用案例，例如冶金、煤炭、风电、光伏、电气化铁路、电网变电站等。截止目前，智光电气单台链式SVG能够实现的最大容量为±50Mvar。
4 结束语
高压链式SVG是目前最为先进的无功补偿产品，能够快速连续补偿无功功率、快速准确跟踪电网或负荷的波动，对冲击性的电力负荷进行动态补偿，具有较好的稳定电压、降低线耗、提高功率因数、改善电能质量功能，其应用前景广阔。
参考文献：
[1]谢水荣，姜齐荣. 柔性交流输电系统的原理与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2006.
[2]王兆安，杨 君，刘进军. 谐波抑制和无功功率补偿[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
关键词： SVG高压静止型无功发生器; 动态无功补偿; H桥型链式SVG; 电能质量优化; 低电压穿越
中图分类号： TM51 文献标识码： A
High Voltage Chain SVG Technology and Its Main Application Areas
Chen Ya-jun
（Guangzhou Zhiguang Energy Saving Co.， Ltd.， Guangzhou 510535， china）
Abstract： This paper introduces the basic principle， performance characteristics and advantages of high-voltage H-bridge chain SVG， and its main application fields. This paper mainly introduces the application advantages of SVG in metallurgical industry， wind power industry and secondary substation in urban area.
Key words： SVG High Voltage Static Reactive Power Generator; Dynamic Reactive Power Compensation; H-Bridge Chain SVG; Power Quality Optimization; Low Voltage Crossing
1 引言
随着大量非线性、冲击性、不平衡特征的电力负载接入电网后，造成有功和无功负荷不规则的频繁波动，功率因数偏低，并产生大量非正弦畸变的高次谐波，对电网造成了严重的干扰，谐波电流和谐波电压对公用电网而言可谓是一种污染，会导致公用电网电压波动及闪变的时常发生，致使供电质量不合格。传统的无功补偿设备已无法满足技术要求，选择SVG进行动态无功补偿和谐波治理，是解决上述问题的可行的较好方法。
2 链式SVG的原理及优势
2.1 链式SVG的基本原理及运行模式
SVG是指采用新型大功率高速可关断全控型电力电子器件IGBT（其开关频率不低于500Hz）组成的链式电压源型换流阀，系统主电路采用链式串联结构，星形连接，经过连接电抗器并联在电网上，以IGBT变流装置为核心，将直流电压逆变成交流电压，并控制该交流电压的幅值和相位，从而控制SVG系统输出连续可调的感性无功或者容性无功和滤波功能。
可用图1所示的等效电路来阐述SVG的工作原理。假设系统电网电压和SVG 输出交流电压分别用US和UI表示，那么连接电抗器X上的电压UL即为US和UI的差，而连接电抗器的电流是可以由其电压进行控制，改变UI幅值的大小就可以控制SVG从电网吸收的电流iL是滞后90°还是超前90°，并可以控制□L的大小。因此，当UI=US时，SVG空载运行;当UI>US时，SVG发出连续可控的容性无功;当UI
SVG是目前最为先进的无功补偿技术，基于大功率电力电子器件IGBT電压源型逆变器组成。SVG不需要采用并联电容器组和电抗器，通过IGBT的高频开关控制无功功率的快速变换，SVG控制系统可以根据负载特点和不同的工况，自动调节其输出无功功率的大小和性质（容性或者感性），SVG较传统的SVC无功补偿装置有如下优势：
2.2.1 连续调节响应速度快
SVG采用的IGBT器件开通关断时间≤2μs，结合多电平PWM控制算法，使SVG响应时间可以控制在≤5ms之内，而传统SVC补偿装置响应时间≥20ms，相比而言，SVG补偿冲击性负载的效果更好。
2.2.2 运行范围宽，低电压穿越（LVRT）性能好
SVG能够在额定感性到额定容性的范围内动态调节，SVG比SVC的补偿运行范围宽很多。例如，一套额定容量为8Mvar的SVC，需要TCR或MCR容量为-8Mvar（感性）和FC电容器组容量为+8Mvar（容性）配合使用，只能实现在0～8Mvar之间补偿;而一套额定容量为8Mvar的SVG可实现-8Mvar（感性）～+8Mvar（容性）范围内连续可调。相同容量SVC装置损耗大约是SVG的1.5倍左右，而占地面积SVG只有SVC的1/2左右。
SVG具有电流源的特性，输出电流可不受母线电压影响，在系统电压因故障或其它原因瞬间降低到一定程度时，SVG可快速提供无功支撑，以帮助系统恢复电压，而SVC属于阻抗型特性，输出无功电流随母线电压降低而呈比例下降，因此，SVG的低电压穿越功能相对较好。
2.2.3 补偿功能多样化
针对不同的工况系统，可以实现不同的多种补偿模式。可设置无功、电压、谐波、负序、联合控制模式。
2.2.4 优越的暂态控制策略
针对电压突变ΔU，控制的目标是使电网电压回到给定值，即ΔU趋向于零;针对电压突变率ΔU/Δt，控制的目标是抑制电网电压异常突变，为系统暂态故障情况下提供电压支撑，或者故障切除后加快电压恢复能力。 2.2.5 可靠性高、维护量小
SVG功率柜由多个IGBT功率单元组成，功率单元采用模块化设计，满足IGBT功率模块N-1运行方式，各功率单元结构和电气性能完全一致，系统装置内可以互换使用，有效提高系统可靠性，减小维护量。
2.2.6 补偿三相不平衡效果好
链式SVG采用分相控制技术实现了对三相不平衡负荷的补偿，有利于解决电力系统相间不平衡的问题，在系统受到扰动时，更好地稳定系统电压。
3 链式SVG主要应用领域
3.1 冶金行业
冶金行业典型的冲击性负载有电弧炉、中频炉、轧机等。负荷剧烈的变化将会造成无功冲击，导致功率因数降低，引起电网电压降低及波动，严重时还会影响其它电气设备正常工作，产品不良率会提高，降低了生产效率。同时非线性负载还会产生有害的高次谐波，使电网电压产生严重畸变和闪变，为了解决上述问题，必须安装具有快速响应速度的SVG，系统响应时间≤5ms，完全可以快速补偿冲击性负荷所带来的波动，从而稳定系统电压，提高功率因数，有助于提高生产效率和产品质量。
3.2 风力发电行业
由于风速的不稳定性和风力发电机组本身的运行特性造成发电机输出功率波动较大，同时无功功率需求也不稳定，从而造成风电场母线电压出现较大的波动，当风电场发出的电经过升压后接入电网公司110kV或220kV变电站公共连接点（PCC）时，为了不影响对上级电网造成冲击，风电场10kV或35kV母线侧都需要配置SVG动态无功补偿系统，并且SVG控制模式需要设定为电压控制模式，以满足并网、风电系统启动、停机、风速变化時的动态无功补偿能力，使风力发电系统在额定电压偏差下正常运行。另外SVG良好的低电压穿越功能在风电场得到了广泛的应用。
3.3 城市区域二级变电站
由于城市产业结构发展规划不同，有的区域夜间负荷较低，白天负荷较高;有的区域如在经济发达区域的移民城市，例如深圳、东莞等，春节期间大量人员离开工作、生活的城市返回家乡过春节，这期间移民人口大量缩减，工厂放假，用电负荷急剧下降，负荷峰谷差较大。在以往设计中，城市区域电网在规划设时普遍采用分级投切电容器组进行无功补偿，电容器组只能向供电系统提供容性无功。随着城市电网建设的发展，架空线路受到限制，大多数区域都采用电缆沟敷设，在负荷较低期间，电缆充电功率呈现容性，向系统到送无功，直接导致母线电压偏高，这一现象在地铁线路较多的变电站尤为突出。当然还有其它原因导致电力系统在低负荷时出现无功到送的情况，而现有电容器组或并联电抗器不能很好的解决该问题，SVG可实现动态跟踪电网的无功需求，实现容性无功、感性无功双向无缝调节。稳定母线电压的同时，实现变电站在任意负荷下保持较高的功率因数运行，彻底解决了负荷较低时出现无功到送的问题。
3.4 SVG的应用情况
智光电气自主研发的SVG产品于2011年11月在云南省丽江市宁蒗县牦牛坪49.5MW风电场投运。该风电场位于海拔3300米以上，是当时国内在建海拔最高的风电场。本项目电压等级为35kV，补偿容量为15Mvar，对产品的可靠性、安全性有较高的要求，此项目投运，填补了国内最高海拔领域风电场大容量SVG应用的空白。
智光电气自主研发的SVG在多个领域均有成功的应用案例，例如冶金、煤炭、风电、光伏、电气化铁路、电网变电站等。截止目前，智光电气单台链式SVG能够实现的最大容量为±50Mvar。
4 结束语
高压链式SVG是目前最为先进的无功补偿产品，能够快速连续补偿无功功率、快速准确跟踪电网或负荷的波动，对冲击性的电力负荷进行动态补偿，具有较好的稳定电压、降低线耗、提高功率因数、改善电能质量功能，其应用前景广阔。
参考文献：
[1]谢水荣，姜齐荣. 柔性交流输电系统的原理与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2006.
[2]王兆安，杨 君，刘进军. 谐波抑制和无功功率补偿[M]. 北京：机械工业出版社，2004.