靜止無功發生器（SVG）的作用及應用

徐良凱

（浙江八達電子儀表有限公司時通電氣分公司，浙江 金華 321000）

1 概述

無功功率的存在嚴重威脅電網系統的穩定及安全運行，無功功率補償已經成為衡量電能質量的重要指標，靜止無功發生器（SVG），作為一種新型的動態無功補償裝置，運行過程中不僅達到精確的無功補償效果，而且具有響應速度快、控制精度高、可動態連續無極補償、能實現雙向無功輸出，對負序電流有一定抑制作用、三相負荷不平衡自動調節等優越性能，其應用可解決傳統的電容器或者電容器+電抗器為主要代表的傳統無功補償裝置投切響應速度慢、容易發生投切震蕩和并聯諧振、補償效果欠佳等缺點，SVG在動態無功補償方面有著無可比擬的優勢。

靜止無功發生器（SVG）可廣泛應用于工業、商業和機關團體的配電網中，如：電力系統、充電站、電解電鍍企業、水處理設備、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業、機械加工、機場港口的供電系統、醫療機構等。將靜止無功發生器（SVG）安裝在負荷附近，實現動態無功補償的目的，將會有力改善電能質量，降低線路損耗，實現保障電力系統穩定運行。

針對不同行業，介紹了無功功率容量的三種計算方法。為了方便廣大用戶的選型，文章特別針對靜止無功發生器（SVG）的設計方案選型進行了著重介紹。

2 靜止無功發生器（SVG）的工作原理

靜止無功發生器（SVG）是指以無功補償為主，兼顧諧波補償功能，通過檢測補償對象中的電壓和無功電流，通過其控制系統經指令進行閉環電流運算，驅動PWM變流器的功率器件(IGBT)，放大補償電流，從而使SVG輸出與用戶設備中大小相等、方向相反的無功電流，補償電流與負載電流中要補償的無功電流抵消，達到無功補償的目的。可以實時補償電網無功功率與電流不平衡、抑制電壓閃變等常見的電能質量問題，保證工礦企業的經濟、安全運行。

3 靜止無功發生器（SVG）的主要技術特點

（1）極速響應時間。靜止無功發生器（SVG），整套裝置從采集補償信號到裝置輸出的全響應時間可在一個周波內完成，響應時間小于5 ms，動態響應時間小于50 μs，從而實現快速補償，特別時候負荷快速變化的場合。尤其對于如大功率沖擊式破碎機、點焊機等沖擊性負荷現場，完全可以快速補償無功功率，解決了接觸器等機械式開關投切電容器所帶來的欠補償或過補償的問題。

（2）雙向無功輸出。傳統無功補償裝置采用電容器、電抗器等組成補償支路，只能提供感性無功，而不同容性或者感性負載可能在系統呈現容性、感性無功反復變化的狀態，傳統無功補償裝置對于容性無功失去補償效果。如鋰電池充電設備呈容性，民用建筑中在變壓器輕載或空載的情況下，供電電纜的分布電容致使負載呈容性。傳統補償裝置難以滿足。SVG可動態雙向無功輸出，在（-1~1）連續調節無功功率，既可補償感性負載，又可補償容性負載。對于任何感性、容性負載，都可實現有效補償，可使系統功率因數最大可達0.99。

（3）濾波功能。在民用電器設備，工業電氣設備中，大量整流變流設備的使用，對電網造成較大的污染。嚴重的情況，一臺諧波源會影響到其他電器（氣）設備的正常運行。SVG具有一定的濾波功能，能夠濾除2~13次諧波。其濾波容量不大于額定輸出容量的50%。

（4）三相負荷不平衡自動調節。民用中，在配電臺區和小區供電，由于存在大量單相負荷，致使在運行中三相負荷不平衡。工業負荷中，如電焊機，點焊機較多的機械加工行業。由于目前設備供電大多采用兩線制供電，負荷呈現變化速度快、三相電流不平衡的特點。長期運行不僅造成能源消耗，同時對變壓器的長期、安全、可高運行帶來隱患。SVG不僅具有快速無功補償功能同時具有三相不平衡自動調節功能，保證變壓器器出口至安裝點的不平衡度≤2%。

（5）無功容量連續調節，實現無級補償。傳統無功補償裝置采用固定容量電容器分組投切補償方式，每組電容器容量決定了投入或切除容量大小，容易過補或者欠補，不能實現斷續補償。SVG能實現無功容量連續調節與平滑輸出，實現無極補償，保證快速補償和全程的高功率因數運行，穩定電壓，最大程度實現節能降耗。

（6）傳統采用電容器補償，電容器為固定容量分組補償，階梯式無功輸出，易過補或欠補，補償容量有級差，會出現補償盲區，導致補償精度不高，難于達到與系統功率因數完全平衡。由于固定容量分組補償，可能出現投入一組電容器后出現過補，不投入又出現欠補，因此電網中總會殘留一部分無功功率無法補償，無功功率增加了電能損耗，提高了運行成本，造成了資源浪費，取得的經濟效益較低。在變壓器輕載或空載的情況下，傳統補償方式易出現欠補償或過補償現象。SVG具有連續可調補償輸出，極好的解決了傳統無功補償臺階式補償的缺點。

（7）體積小，靈活組合，壽命長。SVG采用模塊化設計，可采用柜式或者壁掛式安裝，安裝過程簡單，工作量小。SVG能實現快速補償，無需設置大容量大體積的電容器電抗器做儲能元件，占地面積小，比相同容量其他類型動態補償的體積小50%及以下。 傳統無功補償受系統電壓影響大，隨電壓升高，補償容量減小，而SVG采用有源型補償電路，動態補償容量受系統電壓影響較小。隨著系統電壓變化時，SVG補償回路能夠輸出與額定工況相近的無功電流，從而達到無功補償的效果。

SVG是免維護低損耗產品，不存在諧振過電壓的問題，設計命(MTBF大于10×104小時)在十年以上。

4 靜止無功發生器（SVG）選型方法

（1）容量確定，靜止無功發生器（SVG）容量選型的方法有三種：

第一種：計算法，無功補償容量應根據用戶的自然功率因數計算后確定。

根據不同類型的負載的各自容量如果有詳細資料：如變壓器容量（S），未補償時的自然功率因數（cosφ1）和需要補償的目標功率因數（cosφ2）則可直接計算出實際所需補償補償容量Qc=S＊（tanφ1- tanφ2）

第二種：查表法，無功補償容量計算系數表查詢。

對于已經明確無功功率負載大小的企業。在計算無功補償容量時，可以根據無功補償查詢表，提供補償前后的功率因數，得出系數，乘以有功功率即可。通過計算得出的補償容量，是企業所需的補償容量，我們需要留一部分安全裕量，供后期擴建項目時使用。

第三種：估算法，當不具備設計計算條件時， 根據變壓器總容量估算，可以根據變壓器總容量的20%~40%，來估算企業所需的補償容量值。比如負載是電動機，那么就大一點40%。如果是公變，那么就小一點20%。

（2）靜止無功發生器（SVG）方案設計。設計方案的選擇：對于配電網，根據運行實際情況選擇靜止無功發生器（SVG）采用集中補償還是就地補償；SVG額定電壓等級與頻率要與電網系統一致，靜止無功發生器（SVG）產品覆蓋30~100 kvar，一般容量有30 kvar、50 kvar、75 kvar、100 kvar這幾種規格，可搭配選用。

用戶對于電網的運行可靠性與電能質量的要求較高，需要實現快速補償，特別時候負荷快速變化的小容量補償場合。可選用純靜止無功發生器（SVG）進行無功功率補償；國內的無功補償裝置基本上是采用電容器或者電容器+電抗器進行無功補償，通過無功功率控制器和復合開關投切電容來實現固定容量分組補償，補償精度不高，補償后的功率因素一般在0.8~0.9。SVG無功補償裝置采用的是有源型補償電路進行無功補償，無功容量無極連續調節，響應速度快，補償精度高，實現無級補償，補償后的功率因素一般可達0.99。同時SVG無功補償裝置運行中不產生諧波，能消除一部分的諧波，減少諧波損耗，降低諧波污染公用電網，節約電能，如圖1。

用戶對于電網無功補償容量較大，又需要能夠快速響應而進行調節無功功率，可以選用智能電容器補償裝置和靜止無功發生器（SVG）組合補償方案。靜止無功發生器(SVG)用于調節三相不平衡和快速無功補償，智能電容器用于無功補償，運行過程中，智能電容器補償大容量固定負載無功，SVG 能根據采樣電流互感器反饋的補償狀態，快速調節裝置補償容量，達到實時補償的效果，既能實現快速響應補償，又彌補SVG補償容量不足的情況。從安全和經濟成本方面考慮，智能電容器補償裝置和靜止無功發生器（SVG）組合補償方式可按補償總容量的70%和30%來組合。

（3）SVG+電容補償方案（圖2）。

（4）SVG+電容補償控制回路組成。靜止無功發生器（SVG）補償系統由控制器、SVG模塊和通用LC補償模組組成，實現了兩者的完美結合，既減少了成本，又基本實現了動態補償的效果。補償后的功率因素一般在0.98以上，同時無過補，無欠補情況，全響應時間小于15 ms，暫態響應時間為5 ms。同時SVG自身損耗小，壽命長，使用壽命十年以上，能實現免維護，模塊化設計，多種容量選擇，方便并聯擴容。

（5）傳統無功補償與SVG結合的優越之處。傳統無功補償與SVG結合，傳統無功補償采用的是慢速開關器件，通過無功功率控制器對電容器分組投切，投切容量受限于每組電容器容量，階梯式無功輸出，存在級差，投切響應速度慢，無功補償精度低。SVG采用的是由有源型補償電路產生補償電流的方式，能無極補償，投切響應速度快，無功補償精度高。如果出于經濟性考慮，采取50 kvar或100 kvar的SVG進行盲點覆蓋，實現無級投切，剩余補償部分采用智能電容器分組投切完成，既能保證無功補償的平滑投切，解決級差問題，又能控制成本，即SVG+TSC的方式。如圖3。

（6）無功補償方式比較，見表1。

表1 三種無功補償方式比較表

5 結束語

靜止無功發生器（SVG）作為一種新型的動態無功補償裝置，運行過程中不僅達到精確的無功補償效果，而且具有響應速度快、控制精度高、可動態連續無極補償、能實現雙向無功輸出，對負序電流有一定抑制作用、三相負荷不平衡自動調節等優越性能。傳統無功補償與SVG結合使用，即可彌補精度的問題，而且響應速度快，節約成本，可大力推廣使用。