SVG的工作原理及應(yīng)用

1SVG的定義及工作原理SVG（靜止型動態(tài)無功發(fā)生器）是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。靜止型動態(tài)無功發(fā)生器是電力電子設(shè)備，由三個基本功能模塊構(gòu)成：檢測模塊、控制運(yùn)算模塊及補(bǔ)償輸出模塊。其工作原理為由外部CT檢測系統(tǒng)的電流信息，經(jīng)由控制芯片分析出當(dāng)前的電流信息；由控制器給出補(bǔ)償?shù)尿?qū)動信號，再由電力電子逆變電路組成的逆變回路發(fā)出補(bǔ)償電流。SVG（靜止型動態(tài)無功發(fā)生器）采用可關(guān)斷電力電子器件組成的相橋式電路，通過電抗器并聯(lián)接在配電系統(tǒng)中，來調(diào)節(jié)橋式整形電路的輸出電壓相位、幅值，或控制橋式整形電路的電流。還可以迅速吸收或發(fā)出配電系統(tǒng)所需要的無功功率，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率。靜止型動態(tài)無功發(fā)生器是有源型的無功補(bǔ)償設(shè)備，可以實(shí)時跟蹤沖擊型用電設(shè)備的沖擊電流，并對其諧波電流進(jìn)行快速補(bǔ)償。SVG工作原理見圖1。圖1SVG工作原理圖2SVG的工作模式SVG的工作模式及其補(bǔ)償特性如表1所示。表1

SVG的三種運(yùn)行模式及其補(bǔ)償特性說明表1）空載模式：UI

=Us，補(bǔ)償電流I=0。2）容性模式：UI

>Us

，此時SVG的補(bǔ)償電流I超前系統(tǒng)電壓，裝置向系統(tǒng)提供容性無功功率，逆變器的輸出線電壓=

Us

+I·L=(1+1×0.12)

Us=1.12

Us。3）感性模式：UI

<Us

，此時SVG的補(bǔ)償電流I滯后系統(tǒng)電壓，裝置向系統(tǒng)提供感性無功功率，逆變器的輸出線電壓=Us-I·L=(1-1×0.12)

Us=0.88

Us。因此，逆變器的輸出電壓為0.88

Us

～1.12

Us，對于系統(tǒng)母線電壓為10kV的SVG，逆變器的最高輸出線電壓為11.2kV,相電壓為11.2/1.732=6.466kV,12個功率模塊運(yùn)行時每個模塊分得538.8V，對應(yīng)直流電壓538.8×1.414=760V；10個功率模塊運(yùn)行時每個模塊分得646.6V，對應(yīng)直流電壓646.6×1.414=914.2V。因此，只要使SVG（靜止型動態(tài)無功發(fā)生器）在無功補(bǔ)償時發(fā)出系統(tǒng)需要的諧波電流，就可以實(shí)現(xiàn)同時補(bǔ)償無功功率和抑制諧波的工作模式。3SVG的功能3.1供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，Ps、Qs分別表示電源的有功功率和無功功率，PL、QL分別表示用電設(shè)備的有功功率和無功功率，在不計(jì)供配電系統(tǒng)內(nèi)各種損耗的情況下，電源和用電設(shè)備的有功、無功功率則相等，即：Ps=PL，Qs=QL。圖2供配電系統(tǒng)圖然而，這種簡單的供配電系統(tǒng)中存在無功傳輸、諧波電流、三相電壓不平衡、電壓偏差等電能質(zhì)量問題。根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓偏差》（GB/T12325-2008）、《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》（GB/T15543-2008）、《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》（GB/T24337-2009）等國家相關(guān)規(guī)范的具體指標(biāo)要求，必需對供配電系統(tǒng)中的無功功率和諧波進(jìn)行有效補(bǔ)償，以提高電能質(zhì)量。3.2SVG的無功補(bǔ)償功能如果設(shè)定SVG產(chǎn)生的無功補(bǔ)償功率為Qsvg,根據(jù)圖3的供配電系統(tǒng)圖，則有Qs=

Qsvg+QL，為提高電網(wǎng)的傳輸效率、減少供配電系統(tǒng)中無功功率對電網(wǎng)的沖擊，希望系統(tǒng)中的無功功率Qs盡量小，也就是對功率因數(shù)有具體要求?！度珖裼媒ㄖこ淘O(shè)計(jì)技術(shù)措施》電氣分冊（2009）要求補(bǔ)償后功率因數(shù)不應(yīng)低于0.9，有些地區(qū)供電部門對用戶的功率因數(shù)也有相應(yīng)要求，如北京地區(qū)為0.95。圖3帶有SVG無功補(bǔ)償裝置的供配電系統(tǒng)圖對于大多數(shù)民用建筑項(xiàng)目來說，用電設(shè)備產(chǎn)生的無功功率QL為感性的，控制SVG處于容性工作模式就可以減少供配電系統(tǒng)的無功功率Qs，從而使功率因數(shù)達(dá)到相關(guān)要求、提高電能質(zhì)量。有些用戶的用電設(shè)備產(chǎn)生的無功功率為容性的，使SVG處于感性工作模式即可。3.3SVG的有源濾波功能在現(xiàn)代民用建筑中由于大功率的換流設(shè)備（如整流器、變頻器、直流屏、UPS電源）、調(diào)速調(diào)光設(shè)備、氣體放電燈以及其他非線性電氣設(shè)備的使用，用戶會向公共電網(wǎng)注入諧波電流Ih，從而降低電網(wǎng)效率、影響配電系統(tǒng)穩(wěn)定、縮短用電設(shè)備壽命等。國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》（GB/T24337-2009）對用戶注入各電壓等級公共電網(wǎng)的諧波電流分量（均方根值）都有要求。圖4有源濾波器原理圖SVG除了有無功補(bǔ)償功能之外，還有有源濾波的功能，其可以輸出諧波電流（與諧波源電流相位相反），從而達(dá)到抑制用電設(shè)備諧波電流的目的，如圖4所示。4SVG的性能優(yōu)勢由于采用電力電子元件取代傳統(tǒng)的電容、電感元件，SVG具有以下性能優(yōu)勢：1）具有多樣化的補(bǔ)償功能SVG（靜止型動態(tài)無功發(fā)生器）裝置具有多種電能質(zhì)量治理功能，可以根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)單獨(dú)或同時補(bǔ)償無功功率、抑制諧波、補(bǔ)償負(fù)載不平衡等。2）響應(yīng)時間短SVG可以實(shí)施跟蹤、動態(tài)化補(bǔ)償，容性與感性兩種工作模式之間的短時間轉(zhuǎn)換。SVG響應(yīng)時間≤1ms，傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置響應(yīng)時間≥10ms。3）與傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置相比體積小SVG不需要大容量的儲能元件，同時配電系統(tǒng)也不需要再配有源濾波器，所以SVG比傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置節(jié)約一半的占地面積。4）控制系統(tǒng)智能、靈活SVG采用全數(shù)字的控制系統(tǒng)，對信號的檢測和控制精度高?？刂破骷捌淇刂瞥绦蚓哂醒诱剐裕瑢ε潆娤到y(tǒng)發(fā)展和更新有功能預(yù)留。5）設(shè)備損耗少該設(shè)備本身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和高壓變頻的結(jié)構(gòu)相似，因此損耗也基本差不多。SVG由多個逆變器串聯(lián)或者并聯(lián)組成，逆變器部分總的損耗一般不超過總?cè)萘康?.5%，更符合節(jié)能設(shè)計(jì)的理念。5

應(yīng)用案例以某實(shí)驗(yàn)樓的一臺動力變壓器為例，該變壓器安裝容量為1250kVA，主要用電負(fù)荷為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以及少量的風(fēng)機(jī)、水泵。低壓側(cè)安裝375kVAR的SVG用于改善電能質(zhì)量。以下為運(yùn)行后實(shí)測數(shù)據(jù)。1）功率因數(shù)補(bǔ)償在不投入SVG狀態(tài)下功率因數(shù)為0.83，投入后功率因數(shù)為0.98。諧波治理（見表2）：表2諧波電流測量表

本項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)為SVG無功補(bǔ)償裝置和傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置加有源濾波器兩個方案，介紹低壓系統(tǒng)電氣負(fù)荷性質(zhì)和建設(shè)方前期項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，最終確定沿用一期項(xiàng)目方案，采用SVG無功補(bǔ)償方式。僅從投資造價上來看，SVG價格比普通的無功補(bǔ)償裝置要高一些，與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置加有源濾波器的價格相差無幾，甚至要低一些。因此，SVG在用電設(shè)備諧波源較多或?qū)χC波干擾