SVG特点和优势

SVG的原理、特点及优势

1、静止无功补偿技术介绍

静止无功补偿技术经历了3代：第1代为机械式投切的无源补偿装置，属于慢速无功补偿装置，在电力系统中应用较早，目前仍在应用；第2代为晶闸管投切的静止无功补偿器（SVC），属无源、快速动态无功补偿装置，出现于20世纪70年代，国外应用普遍，我国目前有一定应用，主要用于配电系统中，输电网中应用很少；第3代为基于电压源换流器的静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM），亦称SVG，属快速的动态无功补偿装置，国外从20世纪80年代开始研究，90年代末得到较广泛的应用。

早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器。这些补偿措施改变了网络参数，特别是改变了波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗。无源装置使用机械开关，它不具备快速性、反复性、连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。

20世纪70年代以来，以晶闸管控制的电抗器（TCR）、晶闸管投切的电容器（TSC）以及二者的混合装置（TCR+TSC）等主要形式组成的静止无功补偿器（SVC）得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件，它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC 作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换，同时还具有较快的响应速度，它能够维持端电压恒定。

SVC虽然能对系统无功进行有效的补偿，但是由于换流元件关断不可控，因而容易产生较大的谐波电流，而且其对电网电压波动的调节能力不够理想。随着大功率全控型电力电子器件GTO、IGBT及IGCT的出现，特别是相控技术、脉宽调制技术（PWM）、四象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展，以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展。静止同步补偿器，作为FACTS家族最重要的成员，在美国、德国、日本、中国相继得到成功应用。电压型的STATCOM（SVG）直流侧采用直流电容为储能元件，通过逆变器中电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压。当只考虑基波频率时，STATCOM可以看成一个与电网同频率的交流电压源通过电抗器联到电网上。由于STATCOM直流侧电容仅起电压支撑作用，所以相对于SVC中的电容容量要小得多。此外，STATCOM和SVC相比还拥有调节速度更快、调节范围更广、欠压条件下的无功调节能力更强的优点，同时谐波含量和占地面积都大大减小。

2、SVG的原理

SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子

器件（如IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器

并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电

压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就

可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，

实现动态无功补偿的目的。和变频器及UPS是一类

的产品，特别是高压变频器，其主电路基本一样，

国内做高压变频器的厂家很多，其可靠性已经得到很好的验证。

SVG可以对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,其由两大部分组成, 即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成)。其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。主电路采用多重化的PWM 变流器。

SVG采用基于瞬时无功功率理论的无功电流检测方式，逆变主电路采用IGBT组成的H 桥功率单元级联拓扑结构，并辅助以小容量储能元件。它由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压，这种逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，并且每个开关器件所承受的电压应力较小，不需要均压电路，可避免大dv/dt所导致的各种问题。因此这种逆变器可称为“完

美无谐波”变流器。

3、SVG的技术特点3.1 PWM控制策略

为了保证各逆变桥输出基波电流相位

相等并有效地消除低次谐波,采用了基于载

波移相的空间矢量调制(S V M ) 控制策略。

S V M 的基本原理是选择与参考电压矢量最

接近的3 个开关矢量,并控制它们的作用时间,使得一个控制周期内开关矢量输出的平均效果与参考电压矢量相等。它具有开关模式灵活、易于数字实现和较低开关频率下也可以实现较好输出波形的优点。

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a a a 0901********-10-50510数字信号处理器(D SP )根据主控制器的调制比M 和相角差δ生成参考电压矢量,按照参考电压分解的调制方法计算各开关状态和作用时间,并通过数据总线发送给F P G A , 从而决定各桥臂开关的脉冲,脉冲经分配处理后驱动IG B T 。如果采用基于载波移相的SV M , N 个逆变桥载波相互错开2π/N 角度,总的输出电压可以有效地消除低次谐波。

SVG 的输出波形

3.2 瞬时无功控制策略

SVG 是基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出 检测结果。检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和采用的滤波器的不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周期。对于电网中最典型的谐波源—三相桥整流器，其检测延时约为1/6周期。可见该方法具有很好的实时性。

以瞬时电流控制器为基础，采用链式SVGM 补偿不平衡负载时，需要获得逆变器三相电压以及参考电流。对于三角接线的链式SVG 三相电压为接入点系统线电压，而参考电流则需进行计算。从电纳补偿原理出发，可知对不平衡负荷补偿时，三角接线环内存在零序电流分量。考虑链式SVG 三相电容电压的控

制，对逆变器参考电流进行了计算，结合瞬

时电流控制器，可得到三角形连接的链式

SVG 对不平衡负荷补偿的分相瞬时电流控

制，该控制方法可以适应系统电压不平衡工

况。

3.3 谐波电流补偿

当需要补偿负载所产生的谐波电流时，SVG 检测出补偿对象负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流的指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流与负载电