关键字：无功；SVG；静止无功发生器
Abstract：Static Var Generator (SVG) is a new type of dynamic reactive power compensation equipment. This paper describes the working principle of the device, and looks forward to the application of SVG in many fields and the necessity of its application.
Key words：Reactive power; SVG; static var generator
一、无功与谐波问题
1.1、无功问题
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯都是阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线也消耗一些无功功率。除此之外，一些电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置、如相控整流器等，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。
电网中无功的增大，会对电网产生影响，主要表现在：
（1）无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。
（2）无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加。
（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
传统的无功补偿装置响应速度慢，不能迅速投入，不能满足系统无功需求，从而造成系统电压失稳。应用动态无功补偿设备，利用动态无功补偿设备快速响应的特点，可有效地改善系统的电压稳定性，改善电能质量。
1.2、谐波问题
引起电力系统谐波[1]的主要谐波源有铁磁设备、电弧设备以及电力电子设备。其中铁磁设备谐波源包括变压器和旋转电机等，电弧设备谐波源包括电弧炉、电弧焊和放电型照明设备（荧光灯）等，这两种谐波源的非线性是由铁芯饱和及电弧的物理特性导致，都是无源型谐波源；电力电子设备谐波源主要包括家用电器及计算机等的电源、交直流调速电机、直流开关电源、充电器及其他整流/逆变设备，其非线性是由电力半导体器件的开关过程导致的，属于有源型。随着电力电子装置应用的日益增多和容量的不断增大，这部分电力电子设备所产生的谐波所占比重也越来越大，目前已成为电力系统的主要谐波污染源。随着这些非线性负载的使用量增大，谐波问题日益突出。谐波问题产生的危害主要表现在：
（1）使电网中的设备产生附加谐波损耗，从而降低发电、输电及用电设备的使用效率。
（2）产生额外的热效应，从而引起用电设备（旋转电机、电容器、变压器）发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命，甚至被损坏。
（3）引起一些保护设备误动作，如继电保护、熔断器等。
（4）导致电气测量仪表计量不准确。
（5）通过电磁感应和传导耦合等方式对邻近电子设备和通信系统产生干扰，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。
（6）大大增加了系统谐振的可能。谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联或串联谐振，使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器、与之相连的电抗器和电阻器的损坏。
谐波产生的这些危害日益明显，迫使供电公司对一些大用户进行严格管制，限制其产生谐波电流的大小，以此来消除谐波污染产生的电能质量问题。
二、SVG概念
SVG（Static Var Generator），即高压静止无功发生器，又称作高级静止无功补偿器ASVC(Advanced Static Var Compensator)或静止补偿器STATCOM（Static Compensator）,就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。SVG 是迄今为止性能最优越的静止无功补偿设备。
2.1、SVG的工作原理
SVG以三相大功率电压逆变器为核心,其输出电压通过连接电抗器接入系统,与系统侧电压保持同频、同相，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质与容量，当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功 [2] 。原理图如下表1所示
2.2、SVG的拓扑结构
SVG主电路主要由逆变电路直流侧储能元件电容和连接电抗器构成。链式SVG采用相内功率单元串联技术，通过三相星形接法实现高压输出。下图1为链式高压静止无功发生器的拓扑结构图。
图1 链式SVG拓扑结构图
功率单元采用H式拓扑结构，技术可靠。链式SVG高压静止无功发生器的这种拓扑结构，极大的提高了高压静止无功发生器的可靠性、灵活性和可维护性。图2为链式高压静止无功发生器功率单元的单相拓扑结构图。
图2 单相拓扑结构图
三、SVG的功能与特点
SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表。SVG并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率。SVG的主要功能如下：
（1）提高线路输电稳定性
（2）维持受电端电压，加强系统电压稳定性
（3）补偿系统无功功率，提高功率因数
（4）谐波动态补偿，改善电能质量
（5）抑制电压波动和闪变
（6）抑制三相不平衡
SVG是基于电压源型变流器的补偿装置，实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。SVG较传统的无功补偿装置有如下特点：
（1）响应速度更快，最快可达5ms；
（2）电压闪变抑制能力更强，大于80%；
（3）运行范围更宽，-100%至+100%；
（4）补偿功能多样化，无功补偿、谐波补偿、负序补偿、综合补偿；
（5）谐波含量极低，几乎无谐波，还能滤波；
（6）占地面积小，现场施工量小。
四、SVG的适用范围
4.1、区域电网
高能耗的工业负荷在我国总用电负荷中占了较大成分，如钢铁冶金、石油化工等，这些大工业用户往往有自己的电网系统。供电部门对这些大用户有功率因数与电能质量等技术指标约束，利用SVG系统对这些大用户自己内部的电网进行综合无功补偿，达到电力系统对其功率因数与电能质量的要求，同时自身也取得了节能降耗的巨大效益。常见的工业用户包括大型电焊机、大型木材加工厂、重型粉碎机、矿井提升机、港口大型起重机等。
4.2 、风电场
风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，导致并网功率因数不合格、电压偏差、电压波动和闪变等问题，对于大容量风电场接入系统时还存在稳定性问题，都需要动态无功补偿系统。另一方面，系统电压的波动也会对风机的正常运行造成影响。SVG是风电场补偿的最佳选择，不仅可以满足风电接入系统的功率因数、电压波动与闪变等要求，还可以减小系统扰动对风机的影响。与电容器和电抗器的配合使用，使基于SVG的综合补偿系统成本更低、性能更好。而且SVG的可移动性、可扩展性，也使得整个无功补偿系统可以随着风电场的建设同步扩展。
4.3、轧机
轧机及其他工业对称负载在工作中所产生的无功冲击会引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率，使功率因数降低，负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以5、7、11、13 次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网电压产生严重畸变。安装SVG 系统可以完美地解决上述问题，保持母线电压平稳，无谐波干扰，功率因数接近1。能同时补偿无功功率和消除谐波的功能，使SVG成为轧机等工业用户无功补偿的首选。
4.4、电弧炉
电弧炉作为非线性及无规律负荷接入电网，将会导致电网严重三相不平衡，产生负序电流。而且会产生高次谐波，其中普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化，存在严重的电压波动和闪变，功率因数低下。彻底解决上述问题的唯一方法是用户必须安装具有快速响应速度的SVG，系统响应小于5ms，完全可以满足严格的技术要求，向电弧炉快速提供无功电流并且稳定母线电网电压，增加冶金有功功率的输出，提高生产效率，并且最大限度地降低闪变的影响。SVG具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。
4.5、电力机车供电系统
电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重“污染”，因电力机车为单相供电，这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及较低的功率因数，并产生负序电流。目前解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装SVG，通过SVG的分相快速补偿功能来平衡三相电网，并提高功率因数。当牵引系统接入较薄弱电网时，利用SVG的电压支撑能力，可以充分提高牵引供电能力，提高牵引变压器等设备的利用率，同时还能够抑制系统低频振荡。SVG以其优异的性能价格比不仅从技术上而且从经济上完美地解决了这一问题。
4.6、提升机等其他重工业负载
提升机等其他重工业负载在工作中会引起电网电压降及电压波动，使功率因数降低，另外传动装置会产生大量有害高次谐波。安装SVG能够稳定电网电压，提高功率因数，有效抑制高次谐波，可以完美地解决重工业负载在工作时所引起的电网问题。
五、结束语
SVG相比较其他补偿装置具有运行稳定，响应速度快，运行损耗低，占地面积小等优势。适合在传统钢铁、煤炭等行业和新能源行业的应用。SVG作为一种新型的无功补偿和谐波治理产品，代表电能质量领域的未来技术发展方向，具有广泛的推广应用前景。
参考文献
[1]中国国家标准GB/T 14549-93:电能质量公用电网谐波[S]. 北京:中国标准出版社,1994
[2]王宏波. 新型动态无功补偿及谐波治理装置（SVG）的应用[J].科技信息.2011年第3期
【作者简介】杨硕（1982-），男，辽宁人，辽宁荣信兴业电力技术有限公司，中级工程师，本科学士，研究方向：静止无功发生器；
张岩（1985-），男，辽宁人，辽宁荣信兴业电力技术有限公司，中级工程师，本科学士，研究方向：静止无功发生器；
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