淺析SVC與SVG在無功補償方面的優劣

錢俊華

（廣東中譽設計院有限公司，廣東 佛山528200）

0 引言

電網電源的無功部分是用電設備運行不可缺少的重要組成，在含有電感或電容的電氣回路中需要消耗大量的無功功率，例如非線性負載、變壓器等。如果僅依靠發電機提供無功功率，來彌補異步電動機、變壓器、架空線以及非線性電力電子裝置等的消耗，那么需要發電機提供更多的無功輸出，對應的有功輸出就會減少。為此，對消耗的無功功率需進行補償。無功補償對供電系統及負載的運行都是非常重要的。對于供電系統，無功補償能提高供電電能的質量，維持合理的功率因數，提高發電機的供電效率；對于負載運行，無功補償能保證電力設備正常的無功消耗，平衡三相負載等。SVC和SVG都是當前應用較為廣泛的無功補償器件，本文將對這2種無功補償方式進行簡要分析，論述其各自在無功補償方面的優劣性能。

1 靜止無功補償器（SVC）

1．1 SVC的基本原理及應用

隨著工業的發展，在利用電能過程中出現了大量的沖擊功，包括有功功率和無功功率。沖擊性無功功率的出現，使得三相負載不平衡，加劇了對無功部分的消耗，例如電力機車在消耗有功功率的同時還需要消耗大量的無功功率，如果單一從電網獲得，就要求發電機輸出更多的無功部分，不利于電能質量的改善，為此可以通過SVC來提高功率因數，補充所要消耗的無功功率。

這里所要討論的SVC是一種區別于發電機供給無功功率的手段，它主要包括可控硅整流器和靜電電容等裝置。對于含有電容、電感且三相不平衡的用電負載，需要消耗很多的無功功率，采用SVC可對消耗的無功功率進行補償：通過相間控制調節單相電感、電容，實現負載三相平衡，不改變電網及負載的有功功率。通過SVC補償無功功率，能滿足三相不平衡負載所需要的無功功率，消除不平衡負載帶來的負序電壓，提高電網的供電質量，因此，SVC是平衡用電負載的重要手段。

總的來看，SVC的主要應用表現在：

（1）電弧爐補償，由于不穩定電弧引起大量不規則的無功電流，造成電壓波動，這種波動會干擾其他用戶，SVC可減輕電弧爐和鄰近設備的電壓波動，改善傳輸電力的能力；

（2）軋機補償，SVC能抑制沖擊負荷對電壓穩定水平的影響；

（3）電力機車不平衡負載補償，SVC可通過相間控制調節單相電容、電感，使得不平衡負載得到有效補償。

1．2 SVC的分類

SVC是當今世界上先進的供電技術，并且SVC裝置的制造水平綜合反映了一個國家的電力電子科學和電工制造技術的總體水平。隨著對無功補償重視度的提高，SVC的制造和應用得到了國內外的廣泛關注，SVC的無功補償能力也得到迅速發展。目前，SVC已發展到可以根據用戶要求來進行應用組合，主要表現為：帶電抗器的靜止無功補償裝置（包括自飽和、可控飽和、可控硅整流器控制、可控硅整流器控制和附加電容4種）、可控硅整流器控制電容器式靜止無功補償、可控硅施反壓控制電容器式靜止無功補償、固定的電容器。

2 靜止無功發生器（SVG）

與SVC不同，SVG是通過自換相橋式電路實現無功功率的實時補償裝置，它利用自換相橋式電路跨接到待補償的電網側，通過調節無功補償裝置輸出電壓，給負載提供所需要的無功功率，補償電網側無功功率，使其保持較高的功率因數。

圖1給出了SVG的2種基本形式：電壓型如圖1（a）所示，電流型如圖1（b）所示。這2種形式都能補償負載對無功功率的消耗，實現無功功率的動態補償。

圖1 SVG基本結構示意圖

3 SVC和SVG的優劣對比

SVC和SVG的優劣，可從使用性能、元件組成、諧波抑制、控制策略、應用范圍等方面進行對比分析。

3．1 使用性能

與大多數采用SVC的無功補償相比較，利用SVG動態補償無功功率的調節速度更快，且所能進行無功補償的范圍更為合理。除此之外，通過新技術、新的控制及濾波手段，能有效減少SVG動態補償無功功率時的電流諧波。

3．2 元件組成

與SVC相比，SVG的組成元件在體積方面更具優勢，使得封裝后的SVG比SVC具有更可觀的應用空間。但是從價格上來看，目前SVG所需要的全控器件（如IGBT、GTO等）價格比SVC主要控制器件可控硅整流器要高，這就使得SVC更具有價格優勢。但隨著全控器件制造技術的發展，其成本也會相應降低，進而使SVG更具市場潛力。

3．3 諧波抑制

SVG和SVC在無功補償過程中，其補償電流輸出都具有一定的諧波，相比于SVC，SVG的輸出電流可以通過濾波技術將諧波減少到更為滿意的范圍。

3．4 控制策略

與SVC相比，SVG的控制更為復雜，SVC通過無機械方式對無功部分進行靜態補償，以檢測到的待補償信號為基準，利用相控方式調節單相電容、電感，達到無功補償的目的。SVG是通過自換相橋式電路實現無功功率的實時補償，以檢測到的待補償信號為基準，產生無功功率，供給負載無功補償。

3．5 應用范圍

從應用范圍來說，一般在10kV工業電網中采用TCR＋TSC＋FC型對系統進行補償，在輸電系統中，SVC的主要作用表現在：

（1）在保持系統穩定的同時還可提高輸電能力。

（2）在重復出現大負荷或事故情況下提高電網穩定性。

（3）負荷變化時穩定電壓。

（4）在長距離輸電系統中，特別是在帶有聯絡線的系統中，系統阻尼不良會產生功率振蕩，從而限制了輸電能力，SVC還可以起系統阻尼器的作用。

對于SVG，除了實現上述基本功能外，利用SVG的系統可以綜合實現無功控制、電壓控制和阻尼振蕩等控制目標，SVG的靜態無功功率控制和電壓控制可以根據用戶需要進行選擇；而動態過程中，由模糊控制器根據系統所處狀態和主要控制目標來決定控制系統中的幾個增益系數，最終反映到對脈沖相位控制角的校正中，實現自動調整。

4 結語

SVC和SVG作為無功補償的主要器件，各自發揮出應有的作用。本文簡要分析了兩者之間的區別，根據區別得出SVC和SVG的優劣情況，SVC控制簡單，元件組成簡單；SVG使用性能好，具有良好的性價比空間，控制策略更趨完善。

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