SVG的工作原理及应用

SVG的工作原理及应用

SVG的定义及工作原理

SVG（静止型动态无功发生器）是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。静止型动态无功发生器是电力电子设备，由三个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块。其工作原理为由外部CT检测系统的电流信息，经由控制芯片分析出当前的电流信息；由控制器给出补偿的驱动信号，再由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出补偿电流。

SVG（静止型动态无功发生器）采用可关断电力电子器件组成的相桥式电路，通过电抗器并联接在配电系统中，来调节桥式整形电路的输出电压相位、幅值，或控制桥式整形电路的电流。还可以迅速吸收或发出配电系统所需要的无功功率，从而实现动态调节系统的无功功率。静止型动态无功发生器是有源型的无功补偿设备，可以实时跟踪冲击型用电设备的冲击电流，并对其谐波电流进行快速补偿。

SVG工作原理见图1。

图1 SVG工作原理图

SVG的工作模式

SVG的工作模式及其补偿特性如表1所示。

因此，逆变器的输出电压为0.88 Us ～1.12 Us，对于系统母线电压为10kV的SVG，逆变器的最高输出线电压为11.2kV,相电压为11.2/1.732=6.466kV，12个功率模块运行时每个模块分得538.8V，对应直流电压538.8×1.414=760V；10个功率模块运行时每个模块分得646.6V，对应直流电压646.6×1.414=914.2V。

因此，只要使SVG（静止型动态无功发生器）在无功补偿时发出系统需要的谐波电流，就可以实现同时补偿无功功率和抑制谐波的工作模式。

SVG的功能

供配电系统结构

如图2所示，Ps、Qs分别表示电源的有功功率和无功功率，PL、QL分别表示用电设备的有功功率和无功功率，在不计供配电系统内各种损耗的情况下，电源和用电设备的有功、无功功率则相等，即：Ps=PL，Qs=QL。

图2 供配电系统图

然而，这种简单的供配电系统中存在无功传输、谐波电流、三相电压不平衡、电压偏差等电能质量问题。根据《电能质量供电电压偏差》（GB/T12325-2008）、《电能质量三相电压不平衡》（GB/T15543-2008）、《电能质量公用电网间谐波》（GB/T24337-2009）等国家相关规范的具体指标要求，必需对供配电系统中的无功功率和谐波进行有效补偿，以提高电能质量。

SVG的无功补偿功能

如果设定SVG产生的无功补偿功率为Qsvg,根据图3的供配电系统图，则有Qs= Qsvg+QL，为提高电网的传输效率、减少供配电系统中无功功率对电网的冲击，希望系统中的无功功率Qs尽量小，也就是对功率因数有具体要求。《全国民用建筑工程设计技术措施》电气分册（2009）要求补偿后功率因数不应低于0.9，有些地区供电部门对用户的功率因数也有相应要求，如北京地区为0.95。

图3 带有SVG无功补偿装置的供配电系统图

对于大多数民用建筑项目来说，用电设备产生的无功功率QL为感性的，控制SVG处于容性工作模式就可以减少供配电系统的无功功率Qs，从而使功率因数达到相关要求、提高电能质量。有些用户的用电设备产生的无功功率为容性的，使SVG处于感性工作模式即可。

SVG的有源滤波功能

在现代民用建筑中由于大功率的换流设备（如整流器、变频器、直流屏、UPS电源）、调速调光设备、气体放电灯以及其他非线性电气设备的使用，用户会向公共电网注入谐波电流Ih，从而降低电网效率、影响配电系统稳定、缩短用电设备寿命等。国家标准《电能质量公用电网间谐波》（GB/T24337-2009）对用户注入各电压等级公共电网的谐波电流分量（均方根值）都有要求。

图4 有源滤波器原理图

SVG除了有无功补偿功能之外，还有有源滤波的功能，其可以输出谐波电流（与谐波源电流相位相反），从而达到抑制用电设备谐波电流的目的，如图4所示。

SVG的性能优势

由于采用电力电子元件取代传统的电容、电感元件，SVG具有以下性能优势：

1. 具有多样化的补偿功能
   SVG（静止型动态无功发生器）装置具有多种电能质量治理功能，可以根据负载的性质单独或同时补偿无功功率、抑制谐波、补偿负载不平衡等。

2. 响应时间短
   SVG可以实施跟踪、动态化补偿，容性与感性两种工作模式之间的短时间转换。SVG响应时间≤1ms，传统补偿装置响应时间≥10ms。

3. 与传统的无功补偿装置相比体积小
   SVG不需要大容量的储能元件，同时配电系统也不需要再配有源滤波器，所以SVG比传统的无功补偿装置节约一半的占地面积。

4. 控制系统智能、灵活
   SVG采用全数字的控制系统，对信号的检测和控制精度高。控制器及其控制程序具有延展性，对配电系统发展和更新有功能预留。

5. 设备损耗少
   该设备本身的拓扑结构和高压变频的结构相似，因此损耗也基本差不多。SVG由多个逆变器串联或者并联组成，逆变器部分总的损耗一般不超过总容量的0.5%，更符合节能设计的理念。

应用案例

以某实验楼的一台动力变压器为例，该变压器安装容量为1250kVA，主要用电负荷为实验室设备以及少量的风机、水泵。低压侧安装375kVAR的SVG用于改善电能质量。以下为运行后实测数据。

1. 功率因数补偿
   在不投入SVG状态下功率因数为0.83，投入后功率因数为0.98。

2. 谐波治理（见表2）
   表2 谐波电流测量表

该实验楼项目在初步设计时考虑了SVG无功补偿装置和传统无功补偿装置加有源滤波器两个方案。通过分析低压系统电气负荷性质和建设方前期项目经验，最终确定沿用一期项目方案，采用SVG无功补偿方式。

仅从投资造价上来看，SVG价格比普通的无功补偿装置要高一些，与传统无功补偿装置加有源滤波器的价格相差无几，甚至要低一些。因此，SVG在用电设备谐波源较多或对谐波干扰敏感的场合具有明显优势。