MSVC與SVG在風電場中的應用比較

信 珂 湯 偉 李鵬飛 張 斌

（山東電力工程咨詢院，濟南 250013）

根據《風電并網運行反事故措施要點》的規定，“風電場應綜合考慮各種發電出力水平和接入系統各種運行工況下的穩態、暫態、動態過程，配置足夠的動態無功補償容量”。動態無功補償裝置在維持風電場并網點電壓平衡，維持電力系統暫態穩定，改善電能質量等方面起著重要的作用。目前，風電場中常用的動態無功補償裝置有MSVC和SVG兩種。隨著我國風電事業的大規模發展，有必要對風電場中常見的MSVC與SVG兩種典型動態無功補償裝置的工作機理和特性進行比較分析，從而有利于風電場建設中對于動態無功補償裝置的選擇。

1 MSVC與SVG裝置介紹與原理分析

1.1 MSVC

華電內蒙古通遼代力吉風電場一期49.5MW工程（以下簡稱代力吉風電場工程）采用的MSVC系統接線圖如1所示。該工程的MSVC裝置采取的是MCR+FC的形式，裝置主要包括：成套電容器組，累計安裝容量26Mvar，分為2組，每個支路安裝容量分別為 13Mvar；磁閥控制電抗器，額定容量為13Mvar，總補償容量為-13～+26 Mvar。

所謂MSVC，就是采用磁控電抗器（MCR）的動態無功補償器（SVC），MCR型電壓動態無功補償裝置由 MCR電抗器、直流激磁調節單元、控制器以及監視器組成。MCR型電壓動態無功補償裝置是通過改變電抗器控制回路線圈的直流電流來改變可控電抗器的工作鐵心的飽和程度，從而改變電抗器的輸出容量，配合并聯的固定電容器組，達到平滑調節無功輸出的目的[1]。

圖1 代力吉風電場MSVC接線圖

圖2為代力吉風電場工程MCR的控制示意圖，控制器通過脈沖觸發器改變線圈中控制電流的大小，從而改變電抗器鐵心的磁飽和度，實現可控電抗器容量的平滑調節。

圖2 代力吉風電場MCR控制示意圖

MSVC的電壓-電流特性如圖3所示，當電網參考電壓 UREF下降時，MSVC的電壓-電流特性隨之向下調整，其運行范圍是收縮的。

左右兩側邊界對應的電流分別為MSVC提供的無功電流限值ICmax和ILmax，即僅有電容器組投入或僅有電抗器投入時的伏安特性曲線。

本工程的MSVC，就地裝置安裝兩組電容器，和一組電抗器，生產綜合樓繼電器室內安裝一面MSVC控制裝置柜。

圖3 MSVC電壓-電流特性

1.2 SVG

華電萊州金城風電一期工程（以下簡稱萊州風電場工程）采用的SVG系統接線圖如圖4所示。此工程的靜止無功發生器成套裝置采取的是 SVG+FC的形式，裝置主要包括：一套額定容量±10Mvar的以大功率可關斷電力電子器件組成的逆變器為其核心部件的SVG成套裝置，以及一套額定補償容量為10Mvar的并聯電容器組，成套補償裝置可實現-10～＋20Mvar無功功率連續可調。

圖4 金城風電場SVG接線

SVG（靜止無功發生器）是指采用全控型電力電子器件組成的橋式變流器來進行動態無功補償的設備。根據其直流側儲能元件的不同，SVG分為電壓橋式電路和電流橋式電路兩種類型，兩種結構分別采用電容和電感作為儲能元件。根據控制方法的不同，SVG可分為間接控制和直接控制兩大類[2]。本工程SVG采用的間接控制的電壓橋式電路，其基本工作原理是 SVG通過適當調節橋式變流電路交流側輸出電壓與電網電壓的相角，從而調節其所發出無功的大小及性質，實現動態無功補償的目的[3]。如圖5所示，控制裝置是通過MPU主控板來調節橋式電路的交流輸出的。

圖5 金城風電場SVG的單元橋式電路

SVG的電壓-電流特性圖，如圖6所示，當電網參考電壓 UREF下降時，補償器的電壓-電流特性隨之向下調整時，SVG可以調整其變流器交流側電壓的幅值和相位，以使其所能提供的最大無功電流ICmax和ILmax維持不變。

圖6 SVG 電壓-電流相量圖

金城風電場工程的SVG，就地裝置安裝一組電容器和一臺連接變壓器，生產樓內安裝一套SVG柜（共四面柜）。SVG中隔離變壓器的作用一是濾除電流中的高次諧波，二是起到將變流器和電網連接起來的作用，而且由于變壓器漏抗的原因，取消了SVG支路專門的連接電抗器。

2 MSVC與SVG在工程應用中的比較

MSVC與SVG的優缺點，可通過下面幾項主要指標的對比得以直觀的體現。

2.1 無功補償能力

在兩個工程中，MSVC在裝設共 26Mvar電容器組的情況下調節范圍略微大于只裝設 10Mvar電容器組的 SVG的調節范圍。根據前面對 MCR和SVG的電壓-電流特性比較，可看出，當電網電壓下降時，補償器的電壓-電流特性向下調整時，MCR的運行范圍是向下收縮的，而SVG的運行范圍可以維持近似不變[4]，故在裝設電容器組相當的情況下SVG的補償范圍要比MSVC大。

2.2 占地面積

代力吉風電場工程的MSVC，戶外就地安裝兩組電容器和一組電抗器，占地面積約210m2，戶內設備只需在生產綜合樓內繼電器室安裝一面MSVC控制裝置柜；金城風電場工程的 SVG，戶外就地裝置安裝一組電容器和一臺連接變壓器，占地面積約145m2，戶內設備需在生產綜合樓內安裝一套 SVG裝置（共四面柜）。SVG的戶外設備占地面積比MSVC的要小，但在戶內設備比MSVC多，需要在生產綜合樓專門設SVG閥控室，增加了部分基建費用。

2.3 響應時間

金城風電場工程的SVG的響應時間為5ms，遠小于代力吉風電場工程的MSVC的20ms～200ms。響應時間長是 MCR的一個主要缺點，這是由于磁控電抗器是通過調節直流控制電流來調整電抗值的，在電流值改變調整時，電抗值趨于穩定需要一段時間，導致MSVC的響應時間要長一些。

2.4 抑制諧波能力

磁控電抗器也會在電路中產生諧波，主要為 3次、5 次和 7 次，總諧波畸變率在7%左右[5]，但MCR可通過采用繞組三角形接線的方式來消除主要的3次諧波，降低諧波畸變率，本例MSVC諧波特性≤3%。SVG不產生諧波電流，可以利用橋式電路來消除低次諧波，而且SVG可看作可控電流源，不會產生過電流，也不會出現因系統側參數變化而導致諧波電壓放大等問題[6]。本例 SVG諧波特性≤3%。雖然諧波的抑制能力差不多，但MSVC由于改變繞組接線方式，會導致電抗器裝置體積的增大，增加裝置的占地面積。

2.5 損耗

所有動態無功補償裝置都不可避免地存在有功損耗，其長期運行損耗不容忽視。有可控電抗器的存在，使得MSVC的損耗要比SVG的大。金城風電場工程的 SVG損耗 0.8%，代力吉風電場工程的MSVC損耗1%，按照補償容量20Mvar，風電上網電價每度電0.5元計算，理論上最大每年SVG可以比MSVC減少損耗17余萬元。

2.6 造價

目前，20MVA以下的MSVC單位價格約為120元/kvar左右，而SVG的單位價格要比SVC高約20%左右。SVG目前在性價比方面較MSVC低，但隨著未來技術發展，電子功率器件的價格將會下降，因此 SVG價格的預計下降空間會比較大，而 MSVC價格的下降空間應該不大。

3 結論

MSVC技術成熟，價格低廉，具有很好的經濟性，因此應用比較廣泛。SVG具有響應速度快、補償范圍廣、諧波污染低等優勢，技術先進，是今后動態無功補償裝置的發展方向，過去對于業主來說，其技術復雜，價格較高，投運的較少，但隨著技術的發展以及研發廠家的增多，在近年來風電場建設中采用SVG有增多的趨勢。

在風電場無功補償裝置的選取中，應該結合風場的實際情況，在滿足風電場并網無功補償要求的前提下，進行全面經濟技術比較后，選出最適合所建風電場情況的無功補償設備并對補償方案進行優化，從而達到投資的最優化。

[1]王玲. 基于 MCR的動態無功補償裝置的研究[D].廣東工業大學: 2008:29.

[2]肖學文,文小玲.基于 Matlab的靜止無功發生器的控制方法研究及仿真[J].電工材料,2007(1):47-51.

[3]莊文柳,張秀娟,劉文華. 靜止無功發生器SVG原理及工程應用的若干問題[J]. 華東電力,2009(8):1295-1299.

[4]李鑫. 基于SVG技術的風力發電系統電壓穩定控制研究[D]. 華北電力大學(河北): 2008:7.

[5]李春華. 磁控電抗器在變電站無功補償中的應用[J].供用電,2008(3):41-43.

[6]陳強,黎小彬. SVG無功補償與諧波治理裝置的工程應用[J].福建電力與電工,2008(4):50-53.