SVG电压控制特性说明

SVG电压控制特性说明
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静止同步补偿器电压调节
控制特性说明
张皎
静止同步补偿器是一种由并联接入系统的电压源换流器构成的动态无功补偿装置，又简称为STATCOM或SVG。

其输出的容性或感性无功电流连续可调，其输出无功电流在可运行电压范围内与系统电压无关，具有良好的无功控制能力。

一、SVG主要控制方式简介
静止同步补偿器目前广泛用于新能源接入领域，用于校正功率因数、稳定电压和提高风机或光伏变流器低电压/高电压穿越能力。

静止无功补偿装置的控制模式主要分为如下几种：恒无功控制模式、无功控制模式和电压控制模式等基本控制模式，主要的控制模式说明如下：
1、恒无功控制模式
通过闭环控制，使链式STATCOM运行在给定无功功率状态的控制模式。

此模式主要应用于设备调试、检修或功能特性测试时，当特殊情况下需要手动指定输出无功的时候也可使用此模式。

2、电压控制模式
通过闭环控制，使考核点电压维持在设定水平的控制模式，是SVG连续运行控制的基本模式之一。

3、无功控制模式
使负荷的无功量与SVG输出无功之差维持在一个规定的范围内的控制方式，即总无功不超过一个定值，这个值根据系统要求确定，称为调节死区。

4、电压无功联合控制方式
以上电压控制方式和无功控制方式是控制器的基本控制模式，电压和无功可以单独控制也可联合控制，或加权联合控制。

一般采用在调度预先确定的电压合格范围内（如在设定电压的-3%～+7%或
-5%～+5%）采用无功控制方式，以降低与电网的无功交换，提高功率因数，降低网损；在超过此电压范围时，则转入电压控制，用于电压稳定，提高风场电压穿越能力。

5、AVC控制模式
AVC控制模式是SVG设备接受AVC控制指令输出（无功或电压指令）的控制模式。

当同一风场内存在多套动态无功补偿设备时，应采用AVC协调各套无功补偿设备输出，AVC应下发无功控制指令，若下发电压控制指令，会造成不同无功补偿装置输出不均衡或输出震荡。

二、SVG电压控制说明
SVG进行电压控制的VI特性曲线见下图1。

图中向右上方倾斜的线表示SVG输出无功与目标电压的关系，SVG装置实际运行时，此线上的每一个点均代表实际的运行状态所对应的电压与无功功率（或无功电流）。

从图中还可见倾斜的线自下而上有多个，分别代表不同
的设定电压参考值Vref 。

Vref 在运行中可以实时设置，设置范围一般为0.90 p.u.～1.10p.u.。

I Cnom
I Lnom 0电容性电感性U
ref
V I Lmax I Cmax 1V 2V
图1 SVG 的U/I 特性
图中：
Cnom I ——额定容性电流；
Lnom
I ——额定感性电流；
V 2 ——在额定容性电流时的被控电压；
V 1 ——在额定感性电流时的被控电压；
V ref ——参考电压；
SVG 的电压控制斜率可按下列公式计算：
%100*K 1)(slope ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=ref ref inductiver V V V %100*K 2)capacitive (slope ⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡-=ref ref V V V 式中：
)(slope K inductiver ——感性斜率；
)capacitive (slope K ——容性斜率。

总斜率slope K =（)(slope K inductiver +)capacitive (slope K ）。

SVG 的VI 特性曲线的斜率非常重要，它是倾斜向上的，即SVG 输出感性无功时电压升高，输出容性时电压降低。

电网系统的电压电流特性曲线是一个向下倾斜的线，即当带感性负载的时候电压降低，带容性负载的时候电压升高，这个斜率于系统短路容量相关，短路容量越大，则特性曲线越平，短路容量越小，则特性曲线越倾斜。

系统特性见下图2所示。

0I C
I L Vref
U
系统VI 特性SVG VI 特性SVG 输出点A
B
C Q SVG-C Q SVG-B Q SVG-A 图2 SVG 与系统的VI 特性
SVG 曲线与纵坐标轴的交点即为参考电压Vref ，系统曲线与SVG 曲线的交点就是SVG 装置的实际工作点。

以上图2为例，当系统斜率与SVG 斜率不变的情况下，系统电压发生变化（图中三条虚线代表不同的系统电压，A 电压最高，C 电压最低）时，SVG 的实际输出发生了变化，即系统电压越高，输出感性越大（Q SVG-C ），反之输出容性越大（Q SVG-A ）。

由以上解释可知，SVG 的特性曲线斜率越大，SVG 在容量输出范围内的电压偏差将越大；反之，SVG 的特性曲线斜率越小，SVG 在容量输出范围内的电压偏差将越小。

不同SVG 斜率情况参见下图3。

0I C I L
Vref
U
SVG-B Q Q SVG-A A B C Q SVG-C
图3 SVG 不同斜率的工作点比较
从图3可知，在系统电压高于Vref 时，Kslope 较大，SVG 输出容性容量较小（Q SVG-A ），Kslope 较小时，SVG 达到满容量输出的极限（Q SVG-C ）。

以Vref=112kV ，实际系统电压为115kV 为例，当设置Kslope=5%时，SVG 装置实际输出容量计算如下（Qn 为SVG 额定容量）：
0.536Qn /0.05112
112115Qn Q SVG =-⨯= 当设置Kslope=1%时，SVG 装置实际输出容量计算如下：
2.68Qn /0.01112
112115Qn Q SVG =-⨯= 由以上计算得知，当设置Kslope=5%时，装置输出53.6%的容量，当设置Kslope=1%时，装置将100%满容量输出，进入输出饱和状态。

从以上计算看来，当设置较小的Kslope 时，会有更好的电压控制精度。

但是过小的Kslope 将带来如下问题：
1、 由于系统电压的极小幅度（如1%）变化，都将使SVG 装置
进入满容量运行的饱和状态，则在多数情况下，SVG 失去了
对电压波动进行抑制的能力；
2、 若系统电压在设定电压Vref 上下小幅度变化，则SVG 装置
将快速频繁在满容性饱和输出到满感性饱和输出之间震荡，
站内低压侧母线（35kV侧）快速频繁变化，对系统稳定性
和站内其他装置的安全可靠运行带来严重危害。

3、S VG长期在满容性或满感性状态下运行，造成SVG装置损
耗增加，降低了风电场经济效益；
4、S VG长期在满容性或满感性饱和状态下运行，使得SVG对
系统突发的电压跌落或电压突增失去调节能力（例如当系统
电压略低于Vref值时，SVG输出在满容性状态下，若系统
出现电压跌落，SVG将无法在此时提供突增容性无功支撑容
量），失去了SVG对低电压和高电压穿越能力提供支持的作
用。

由于以上原因，SVG的Kslope不应为0，考虑到系统PT精度（一般为0.5%）和SVG控制系统检测精度（一般为0.5%）的影响，预留一定安全裕度，对于风电场SVG，建议的Kslope为2%~5%。

事实上，电力系统对于电压调整曲线的要求也是一个范围，而不是一条线，对于调度下达的电压控制目标，一般在目标值的
-3%~+5%范围内均认为是合格电压范围（以110kV母线为例，调度下发112kV，则在108kV~118kV范围内均认为合格），在电压位于合格区间时，大量向系统注入感性或容性无功，将会对系统带来危害，是电网调度所不允许的。

三、结论
对于风电场用无功补偿设备，进行电压调节时，应设置合适的目标电压和控制斜率，目标电压值应遵从上级调度指令，控制斜率推
荐值在2%～5%，确保SVG以及站内风机变流器的安全可靠运行。

进行SVG电压调节精度的测试时，目标值不应是设定的参考电压Vref，而是根据Vref和设定斜率Kslope确定的电压控制曲线进行测试。

作者简介：张皎，教授级高级工程师，长期从事电能质量与电力电子技术的研究工作，曾任中国电力科学研究院电力电子所电能质量研究室主任，参与编制电力行业标准“DL/T1010 高压静止无功补偿装置”、电力行业标准“链式静止同步补偿器（将于2013年8月发布）”等标准。