内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电分公司 刘智 王娟 徐云芳 范毅 孟凡涛
电网的管理运行中，无功功率失衡将会产生一系列的电网问题。如电网电压下降、电压波动、闪变等电能质量问题。为了保障供电质量，对无功功率进行有效控制和补偿非常重要。SVG第三代静态补偿装置采用桥式变流电路多电平技术或PWM 技术，补偿同时可以滤波，具有容性感性双向补偿的特点。SVG第三代静态补偿装置性能较以往装置的性能得到提升，具有体积小、能耗低，低压性好等优点，可以应用于多种场合。
SVG以大功率电压型逆变器为核心，将电压源型逆变器以并联的方式连接到电网当中[1]。逆变器由直流电容和逆变桥组成，通过控制逆变桥中IGBT器件调节交流侧输出电压的幅值与相位，起到调相电源的作用。SVG可以采集分析电网数据，按照无功需求迅速发出等量反相的无功电流，达到无功的就地平衡，提高功率因数。
SVG工作原理如图1所示。
图1 SVG工作原理图
SVG具体运行模式的波形与向量如图2所示。
图2（a）为空载运行模式，无载荷下电流IL=0，这时SVG 既不吸收也不发出无功。图2（b）为容性运行模式，可以通过调节电压UI来实现超前电流IL幅值的连续控制，从而实现SVG的实时无功输出。图2（c）为感性运行模式，其中的IL为滞后电流，SVG以吸收无功为主，并且同样具有实时可调的特性。
图2 运行模式波形与向量图
3.1 响应速度更快
为了保证电网质量，补偿装置需要根据工作环境的变化及时输出无功补偿，特别是闪变时间极短这一要素。晶闸管开断时间约为10ms，IGBT 开断时间≤10ns，两者差距近千倍。采用晶闸管的SVC响应时间在20～40ms，SVG≤10ms，甚至可以达到5ms。
3.2 电压闪变抑制能力更强
SVG抑制能力更强体现在两个方面。一是抑制比更大。SVC 技术对于电压闪变的抑制效果可以达到最佳，采用SVG 抑制比可以达到5：1 以上。二是SVG技术不受响应速度的制约。SVC响应时间较长，即使提高容量也很难再提升设备抑制电压闪变的能力，但SVG具有极高的响应速度，增大容量可以进一步提升抑制能力。
3.3 补偿能力强，补偿多样化
SVG在补偿工作中，输出电流的大小与系统电压无关，当系统电压只有正常的1/5 时，也不影响SVG依照额定电流大小输出补偿电流，因此SVG具有更强的适应范围，相同容量下具有更强的补偿能力。SVG工作原理的特点是具有无功补偿、谐波补偿、负序补偿、综合补偿等多种补偿方式，在维持系统的电压稳定、减少消耗、滤除谐波等方面具有良好的作用。
3.4 谐波性能好
SVG用于电网补偿时，可以按照正弦波的波形输出类似的无功电流，同时依照需求进行负荷谐波滤波，减轻波形的畸变。SVG本身不会形成较强的谐波，在输出时不需要对输出进行滤波处理，相反在无功补偿的同时还可以进行滤波消除系统中的谐波。
3.5 高安全性、可靠性
SVG属于可控电流源型补偿装置，系统参数的变化对于装置本身工作的影响不大，而且没有谐振作用，所以具有较强的安全稳定性。
SVG采用N+1或N+2冗余主电路拓扑结构，即便是个别的链节单元发生故障也不影响装置运行。SVG功率器件回避了直接串联的影响，即使在发生短路的情况下，也可以保证补偿设备的正常运行，提升了可靠性。
4.1 电压偏差
电压偏差是系统电压变化时实测值与额定值的差比。按照要求，不同电压级别的电压偏差应保持在规范允许的范围内。当电网无功功率不足时，电网运行电压下降，电压低会造成系统的不稳定，甚至导致系统瓦解，发生大范围的停电。电网电压低，导线电流变大，造成较大的电能损耗。电压偏差会影响电网中用电设备的功率输出，偏差过大会降低使用寿命和性能稳定性，造成设备的损坏，企业停产等较为严重的后果。
4.2 电压波动和闪变
按照要求，供电电压的波动应控制在周期性变动的1/10以内。引起电压波动的主要原因有电力负荷的变化，电网工作方式改变或者电网设备故障等形成的冲击性负荷变化。闪变会根据波动产生源的性质，具有相同的周期性或非周期性。电压闪变问题，对用电设备造成一定的损害。
4.3 谐波含量
电网中非线性负荷增加，谐波的危害越来越严重，主要表现在几方面。例如加剧电网中电能生产、输送、使用相关的电力设备的损耗，设备的实际效率下降；
谐波的增大，用电设备的发热过大会造成设备元件的老化，使用寿命减少，严重时直接损坏；
谐波的干扰会造成一些敏感电气元件的误动作；
影响精密仪表的测量结果，干扰敏感电子设备或电讯设备，影响信号的传递和信号质量；
提高了谐振的可能性，放大谐波电流，对相关元件造成过流损坏。
4.4 三相电压不平衡
三相负载不平衡会产生感应电流，加大电网线路的损耗[2]。变压器在此状态下运行增加配变损耗，同时会使配变的出力变小，变小的程度与不平衡程度相关。三相供电电压如果不平衡，影响接电用户的使用，危害用电设备的安全运行。负序磁场对电机存在制动作用，所以三相电不平衡会降低电机的工作效率，同时加大电机的发热和无功消耗。
5.1 提高输电稳定性，减少线耗
在输电线路上合适的位置安装SVG装置，其作用类似于无功电流源。在正常运行状态下，利用SVG可以实时动态地进行无功损耗的补偿，起到维持输电电压的效果。保持电压可以减小电流，提高了电网功率因数，减少了电能在线上的损耗，保障了有效输电容量。当系统发生故障时，SVG还可以适时地进行无功调节，减轻故障造成的振荡，从而提升系统的稳定性。故障时有无SVG的电压变化对比如图3所示。
图3 故障时有无SVG电压曲线对比
5.2 维持供电电压稳定
SVG具有较好的低压性能，能够快速调节无功功率稳定负荷侧电压，避免了电压异常对于用电设备造成的影响。SVG内部DSP分析采样电压值，超过上限时SVG输出感性电流降低电压，低于下限时SVG输出容性电流提升电压，实现电压稳定。
5.3 补偿无功，提高功率因数
电网系统连接的大量感性负荷，特别是一些高耗能的用电设备，在运行中需要大量的无功，此外变压器也需要消耗较大的无功功率。无功功率增大，势必导致系统功率因数下降。SVG采用电源模块进行无功补偿，能够实现动态补偿、无极补偿，具有补偿速度快速精准，补偿后的功率因素高、补偿效果好等优点。
5.4 谐波动态补偿
在电网侧投用SVG装置，可以产生指定的谐波对电网中的电流谐波进行补偿[3]。SVG 检测电网中电流的谐波分量，进行反极性处理后作为补偿电流的指令信号，产生反向的补偿电流与负载电流中的谐波量相互抵消，从而达到消除谐波的目的。采用SVG治理谐波可以忽略自身产生的谐波，不需要担心谐振，频谱范围也较广，能够处理13次以内的谐波，治理效果良好。
5.5 抑制电压波动和闪变
SVG响应速度快，能够在极短时间内对负荷的变化进行响应，及时进行相应无功补偿。所以当电网中的用电负荷发生剧烈变化时，SVG能够在极短时间内通过补偿降低负荷变化对于电网的冲击，从而达到减弱电压波动以及闪变的目的。
5.6 抑制三相不平衡
三相不平衡的负载或者三相阻抗不同都可能形成三相不平衡问题。SVG属于有源补偿装置，将偏高相多出来的电流存储在内部母线电容中，再从母线电容中取出电流送入需要补偿的相，从而实现三相电流平衡。
6.1 远距离电力输送
电力电网经常需要进行长距离输电，在线路适当位置设置SVG可以起到如下作用：维持电压的稳定；
减少输送过程中的线损，提升传输效能；
减轻用电负荷剧烈变化造成的冲击。
6.2 新能源电场
新能源如风电、光伏发电输出功率具有不规则性，新能源并网经常会引发电能质量问题。采用SVG 可以有效降低新能源发电上网时造成的影响，同时反向减轻电网波动等情况对新能源场站的影响。SVG与电容器和电抗器合理搭配使用可以取得更好的效果，能够降低成本，有助于新能源的并网消纳。
6.3 各种工业负载
工业负载通常电耗极大，其中有许多属于非对称或者非线性负载。利用SVG可以补偿无功功率维持母线电压稳定，具有消除谐波，降低电压波动和闪变的效果。在高能耗、非对称、非线性的工业载荷用户中，利用SVG进行无功补偿有利于企业自身稳定运行，能够减轻其对于电网的不良影响。
SVG是目前较为优秀的静态无功补偿装置，但其较高的价格限制了其发展应用。随着核心元器件的逐年降价，SVG的成本同步降低。SVG应用于电网消除新能源发电入网过程中的冲击影响，进行电能质量综合治理，有助于我国能源改革工作的顺利开展。
猜你喜欢三相谐波电能笼型三相异步电动机的起动和调速解析防爆电机(2020年5期)2020-12-14基于Motor-CAD三相异步感应电机仿真计算分析防爆电机(2020年3期)2020-11-06三相异步电动机保护电路在停车器控制系统中的应用哈尔滨铁道科技(2020年4期)2020-07-22苹果皮可以产生电能奥秘(创新大赛)(2020年1期)2020-05-22电能的生产和运输小学科学(学生版)(2019年10期)2019-11-16海风吹来的电能小哥白尼(趣味科学)(2019年12期)2019-06-15三相异步电动机正反转的控制设计电子制作(2019年23期)2019-02-23SFC谐波滤波器的设计及应用电子制作(2018年18期)2018-11-14自适应的谐波检测算法在PQFS特定次谐波治理中的应用通信电源技术(2018年5期)2018-08-23澎湃电能 助力“四大攻坚”人大建设(2018年2期)2018-04-18