鏈式結構SVG發(fā)展綜述

謝樹根

（福建華電泉惠能源有限公司，福建 泉州362000）

0 引言

隨著電力電子技術的發(fā)展，電能質(zhì)量成為電力部門和電力用戶共同關注的焦點。一方面，各種非線性負荷（如電弧爐、逆變電源、電力機車、大功率電機變頻調(diào)速系統(tǒng)）的使用導致了電網(wǎng)電壓頻繁波動，電能質(zhì)量惡化，影響了其他設備正常運行；另一方面，新一代的風力發(fā)電、光伏發(fā)電技術的應用也引起了發(fā)電側的電網(wǎng)不穩(wěn)定。新能源電能越來越多地并入電網(wǎng)，也對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)。

1 鏈式SVG

靜止無功發(fā)生裝置（Static Var Generator，簡稱SVG）作為一種電力電子裝置，能夠?qū)崟r快速調(diào)節(jié)無功功率，可以輸出容性無功，也可以輸出感性無功，且無功輸出電流不受電網(wǎng)電壓的影響，可以在較大的范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定電流，為電網(wǎng)電壓提供無功支撐。而傳統(tǒng)的無功補償設備如分組投切電抗器，TCR型SVC或MCR型SVC，均存在響應速度慢，只能補償容性無功或感性無功，補償容量受電網(wǎng)電壓影響等缺點。此外，SVG能夠跟蹤無功變化，響應速度快，提高了電能質(zhì)量。

1.1 SVG工作原理

靜止無功發(fā)生器由電壓源型變流器和連接電抗器組成，電壓源型變流器可輸出幅值、相位、頻率均可調(diào)的三相交流電壓。通過給定無功電流指令控制輸出感性還是容性的無功電流，最后實現(xiàn)無功電流指令跟蹤和無功補償。實際運行時，電壓源型變流器輸出頻率與系統(tǒng)同步，連續(xù)調(diào)節(jié)SVG輸出無功大小和方向，最終實現(xiàn)電壓穩(wěn)定。圖1為SVG靜止無功發(fā)生器基本工作原理示意圖。

圖1 SVG的工作原理

鏈式SVG電路結構如圖2所示。三相每相由若干功率單元串聯(lián)，三相星形連接電網(wǎng)，功率單元一般采用H橋拓撲。控制器根據(jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過光纖與各級功率單元進行通訊，實現(xiàn)三相鏈式SVG向系統(tǒng)發(fā)出感性或容性無功。

1.2 SVG主要運行模式

SVG的運行模式主要分為空載運行、容性運行和感性運行3種，如表1所示。

鏈式SVG控制包含內(nèi)外環(huán)控制，外環(huán)控制主要計算無功補償電流指令，內(nèi)環(huán)控制主要跟蹤電流指令，產(chǎn)生PWM輸出。近年來，涌現(xiàn)了如智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制和專家控制等新的控制方法。

圖2 鏈式結構電壓型SVG的電路

表1 SVG 3種運行模式的波形和相量圖

2 SVG與SVC的優(yōu)勢比較

和傳統(tǒng)的SVC裝置相比，SVG具備明顯優(yōu)勢：

（1）應用場合廣。SVG在感性負荷和容性負荷的場合均可自動連續(xù)調(diào)節(jié)，SVC只輸出感性或容性無功功率。

（2）控制精準高，靈活性強。SVG裝置具有恒功率因數(shù)、恒無功等多種可選控制方式。

（3）諧波量小。由于采用多重化技術，鏈式SVG本身產(chǎn)生的諧波小；此外，SVG還能夠?qū)﹄娋W(wǎng)諧波進行補償。SVC諧波特性差，自身產(chǎn)生諧波，屬于諧波源，須配置濾波器。

（4）不易產(chǎn)生諧振，安全性高。而SVC易產(chǎn)生諧振，影響系統(tǒng)運行。

（5）占地少，噪聲小，運行損耗低。同容量SVC的運行損耗約是SVG的2倍。

3 SVG的發(fā)展趨勢

目前，鏈式SVG的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：

（1）新功率器件在SVG中的應用。目前IEGT（電子注入增強門極晶體管）、IGCT（集成門極大功率晶體管）已有商用，具有耐壓高、導通壓降低等優(yōu)點，能夠減少功率模塊，降低控制難度，提高設備可靠性。

（2）集裝箱式一體化SVG的應用。集裝箱式一體化SVG借鑒了預裝式變電站的建設理念，具有占地少、安裝快、即插即用的優(yōu)點，具有很好的推廣空間。

（3）高效散熱技術的應用。水冷技術、熱管散熱技術具有噪聲小、效率高、防鹽霧等優(yōu)點，在特定的區(qū)域如高海拔、高鹽霧等環(huán)境中具有一定的技術優(yōu)勢。

（4）應用領域的拓展。鏈式SVG本質(zhì)上是一種電能治理設備，目前僅在風電、光伏發(fā)電行業(yè)獲得了廣泛的應用。隨著技術的成熟，SVG將在配電網(wǎng)、冶金、軌道交通等多個行業(yè)占有大量的市場。

4 結語

鏈式結構的SVG具有動態(tài)響應速度快、應用場合廣、諧波小、控制精度高等明顯的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)感性無功或容性無功連續(xù)調(diào)節(jié)。SVG較傳統(tǒng)的無功補償裝置具有很大的優(yōu)勢，相對于SVC無論從技術上還是經(jīng)濟上都有了大幅提升。隨著技術和材料的不斷更新?lián)Q代，SVG將有更大的發(fā)展。

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