中壓無功補償的發展研究

摘要：文章在概述無功補償裝置發展過程的基礎上從SVC工作原理、SVC系統構成、SVC方案設計等方面介紹目前國內最前沿的無功補償技術，可為該技術的應用提供參考。

關鍵詞：SVC；SVG；逆變器

中圖分類號：TM761.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0137-02

1 關于無功補償裝置的發展過程

第一代并聯補償電容器（FC）一般只適用于固定補償，即對無功功率進行靜態補償，而近年來使用的TBBZ10自動補償裝置（HVC）一般只適用于補償變動不快的無功功率，其使用的機械開關（接觸器）動作慢，且會產生諸如涌流沖擊、過電壓、電弧重燃等現象，開關本身和電容器都容易損壞。

第二代SVC補償裝置是使用晶閘管的一種快速調節無功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償，它可使所需無功功率作隨機調整。它包含TSC型晶閘管直接投切電容器；自飽和電抗器MCR型SVC及晶閘管控制電抗器TCR型SVC。但由于其響應速度慢、自身功耗大、占地面積大等缺陷近年來已逐步退出市場。

第三代SVG裝置突破了傳統的無功補償理念，即不使用電容器、電抗器產生無功功率，而采用電力電子器件IGBT功率管來搭建整流和逆變電路，組成動態無功發生電源（簡稱SVG），可對負荷實現雙向補償和連續調節，實現功率因數全程接近1。

2 SVG工作原理

SVG裝置是連接在電網上的電壓源逆變器，通過實時調節逆變器輸出電壓的相位和幅值，可改變電路吸收或發出的無功電流，實現動態無功補償.。SVG可以等效為幅值和相位均可控制的、與電網同頻率的交流電壓源，通過交流電抗器連接到電網上。對于理想的SVG僅改變其輸出電壓的幅值即可調節與系統的無功交換；當輸出電壓小于系統電壓時，SVG工作于“感性”區，吸收感性無功功率（相當于電抗器）；反之SVG工作于“容性”區，發出感性無功功率（相當于電容器）。如圖1所示，其中s和i分別為電網電壓和SVG輸出交流電壓。

3 SVG的系統構成

①主電路。斷路器、系統連接變壓器（或連接電抗器）、起動電路、電壓型逆變器。

②監測控制與保護系統。控制器、脈沖發生單元、脈沖分配單元、驅動與保護電路、監測與故障診斷單元、遠程后臺系統。

③工程結構與冷卻系統。

4 SVG的方案設計

目前受電力電子器件容量的限制，為了提高裝置的容量，必須采用復雜的主電路結構，如：器件串并聯、變壓器多重化、、多電平逆變器等，但都存在不足。國內目前大量使用的是鏈式結構，鏈式接法是一種新型的多電平逆變器結構，采用多種逆變器串聯，通過控制各逆變器的導通角，即可產生接近于正弦波的階梯波，三相之間可以采用三角形或星形（圖2）接法。

此接法有如下優點：首先可直接輸出階梯波，無需多脈沖調制即可實現接近與正弦的電壓輸出，因此降低了器件的開關損耗；其次裝置無變壓器，進一步降低了裝置的損耗和造價；第三，易于實現模塊化生產，并有利于實現不同容量裝置的組合；第四，隨著電力電子技術的發展，IGBT等電力電子器件的價格將大幅下降，該方案將有一定的成本優勢。

5 SVG控制系統

鏈式SVG的控制系統總體上可分為三個控制層次：

①底層控制是實現鏈式SVG功能的關鍵部分，由輸入、方法和輸出三部分組成。鏈式多電平逆變器的輸入是各獨立的直流電壓源，其重點是電容電壓平衡控制；調制方法主要是脈沖寬度調制，重點是如何設計合適PWM調制方法使輸出性能良好的交流電壓，并滿足裝置損耗等要求。

在底層控制中，至少要包括脈沖同步和產生觸發脈沖兩部分功能，根據從電網取回的同步脈沖，產生與電網電壓同步的脈沖信號，并且據此脈沖信號產生一定規律的觸發脈沖，經驅動電路放大后去控制TGBT的導通和關斷，使SVG能產生正確的電壓，并與電網電壓保持同步，從而使SVG能正確地并網運行。

②中層控制是裝置級控制，主要是控制裝置的輸出無功和電容電壓，中層控制是動態控制，重點在于設計裝置的動態控制策略，使裝置的輸出無功快速的跟蹤上層控制的無功參考值或者電流的參考值且穩定電容電壓，并使裝置適應各種系統惡劣運行工況而安全運行、發揮作用。

③上層控制的研究是系統級控制，主要以電力系統為研究對象，在SVG上應用恰當的控制理論，以實現電力系統對SVG控制目標要求，包括：穩定系統電壓、阻尼系統振蕩、提高系統的暫態穩定極限、靜態穩定極限等控制目標。

6 結 語

SVG有源產品克服了SVC無源產品的諸多弊端，并且可以勝任在任何復雜工礦條件下的無功補償需求，是SVC的更新換代產品，SVG動態無功連續補償裝置必將成為今后無功補償的主流產品。

參考文獻：

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