SVG无功补偿装置的基本原理及仿真分析

SVG无功补偿装置的基本原理及仿真分析

王刚

特变电工西安电气科技有限公司 陕西西安 710119

特变电工新疆新能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830011

摘要：随着工业用电复杂性的提高和干扰因素的增多，配电网中的三相不平衡问题越加凸显，同时电网对无功补偿的需求也更加强烈。静止无功发生器SVG是当前电网中应用较为广泛的一种先进的无功补偿装置，其性能受电压波动的影响较小，同时装置本身产生的少量谐波对电网影响较为有限。基于此，本文针对典型的SVG系统拓扑结构进行了研究，并基于此介绍了SVG的工作原理和控制方法。最后通过Matlab仿真验证SVG对系统无功的调节作用以及对不平衡电流的调节作用。

关键词：无功补偿；瞬时无功；电流控制

1绪论

近年来随着单相大功率电气设备的不断增多，对配电网三相负载的平衡造成了很大的影响，改善配电网的三相平衡是目前较为关注的热点问题[1]。无功功率主要用于设备间的能量转换，如电机、变压器等，本身不会对外做功[2]。虽然如此，但无功功率依然会占用电网资源，影响电能质量，甚至由于过大的电压跌落导致系统脱网。

2 SVG基本原理

2.1动态无功补偿装置SVG的特点分析

SVG是建立在在静止无功发生器的基础上进行综合补偿的一种装置设备，就当前的实际情况来看，SVG是目前世界上最为先进和实用的动态无功补偿装置，具有强大的能力，能够匹配装置和电网的实际需求，进而连续发出所需容性和感性无功功率。SVG动态无功补偿装置的主要特点和优势包括了以下几个方面的内容：第一，SVG动态无功补偿装置相较于其他补偿装置其消耗的能量更少。就当前实际情况来看，在相同的条件和范围中，SVG动态无功补偿装置比传统的晶闸管控制电抗器以及磁控电抗器类动态调节装置耗能更加小，平均耗能只占这两种的百分之二十，大大的降低了能源的损耗；第二，SVG动态无功补偿装置的实际安装使用面积更小。从当前的动态无功补偿装置系统的安装中来看，由于SVG动态无功补偿装置的很多组成部分是半导体，并且使用的是直流电进行储能的工作，这就大大的节约了装置的体积；第三，SVG动态无功补偿装置相较于其他装置更具安全性，这是由于SVG动态无功补偿装置在工作中是可以过滤谐波的，这样就是的风力发电系统中不需要再增加额外的滤波装置，促使发电系统更加安全稳定的运行；第四，SVG动态无功补偿装置相较于其他装置反应与反馈更加及时迅速。因为该装置对于闪变具有非常好的抑制效果，同时还能快速的应对冲击负荷。

2.2现代SVG动态无功补偿装置工作的基本原理

SVG动态无功补偿装置发挥作用的基本原理从本质上来说是通过半导体的自动转换器等通过电抗器直接连接到电网上，通过串并联结合的方式来控制交流电的变化，于此同时还能调节电路产生或者是存储吸收无功电量，从而促使SVG动态无功装置的正常作业，实现其无功补偿的目的。随着当今科技的不断发展，在动态无功补偿装置的不断演变下，SVG动态无功补偿装置由于其独特的耗能低、占地小、更加安全稳定运行的优势和特征已经逐渐替代了晶闸管控制电抗器以及磁控电抗器等传统的装置设施。SVG动态无功补偿装置工作的基本原理主要包括了以下几个方面的内容：首先，需要在主电路中将一些储存能源的元件进行并联，再利用逆变器将流通的直流电转变为交流电源；接着，需要将之前并联的储能原件再串联上一定阻值的电容器，并且将整个装置一起通过并联的方法，与配电网结合在一起；最后，为了实现无功补偿目的，需要在控制电路的过程中通过一定的控制方法调节主电路中输出电压的幅值和相位，或者直接调节逆变器的交流侧的电流值，来达到发出或者吸收无功功率的目的，这样就能促使SVG动态无功补偿装置能够正常稳定的工作。

3 SVG动态无功补偿装置的技术应用

动态无功补偿装置SVG在当今世界已经有了十分广泛的使用范围和应用情况，下面针对SVG的应用场合分析以及应用情况分析来进行SVG动态无功补偿装置的实际技术应用分析。

3.1动态无功补偿装置SVG的应用场合

SVG的独特优势和性质使其替代了当前绝大多数系统中的动态无功补偿装置，成为了当前适用最广泛的动态补偿装置之一，SVG动态无功补偿装置在实际的应用中可以适用于一切范围在3千伏至35千伏电压等级的电力配送与输出装置，从输电与配电两个角度来看，SVG的应用场合主要包含了以下两个方面的内容：首先，在输电网的应用上，由于我国电力系统的建设日益完善，电力输送的距离日益增长，这就十分需要无功动态补偿来实现电力的高速传输功能，在电力输送的变压站、变电站等一系列的基础设施中，通过使用SVG动态无功补偿可以更好的提升电力输送的稳定与安全性能，帮助减少电力输送系统出现的问题，提升电力输送的实际效率；其次，在配电网的应用上来看，SVG技术可以帮助改善变电站的波动负载状况，SVG适用于配电网主要体现在当前的风力发电领域、冶炼金属、重工业、石油煤矿电气等领域行业的变电站中，通过SVG动态无功补偿装置在变电站中的科学使用可以有效的帮助我们电压波动或闪变严重的变电站提升动态无功补偿的效率，同时由于其自身可以过滤谐波，这样就可以减少安全问题的发生，提升相关行业生产的安全性能。

3.2动态无功补偿SVG在我国的应用情况

我国最早的SVG动态无功补偿装置是与1995年在清华大学研制出来的，其容量为100Kvar，随着科技的不断发展SVG在我国也得到了越来越好的发展，就目前的情况来看，我国南方电网已经使用上容量为120Mvar的SVG动态无功补偿装置，其容量已经得到了质的提升，于此同时我国目前还致力于容量更大的SVG动态无功补偿装置的研发，已经成为了世界上技术领先的国家之一。

4改进无功补偿装置策略

为了增强电力系统运行的安全性，电力输送的稳定性，减少电力运输损耗，必须加深对无功补偿装置的研究，为电力系统的正常运行奠定坚实的基础。根据我国目前的国情发展，在实际生产过程中，传统并联电容器的应用较为普遍。在电网建设规模不断扩大的形势下，人们对电能质量要求越来越高，为了确保电力系统运行的安全、稳定，选用的投资少、结构简单的无功补偿装置已经无法满足电力系统运行的要求，需要加以改进。在我国变电站无功补偿中，无功补偿装置改进思路就是：加强并联电容器和静止同步补偿装置的有机结合。通过这样的结合可以有效扩展无功补偿装置运行的感性与容性，快速调节日常电力供应，并且对突发情况进行有效的应对。

5仿真分析

为了验证所设计的无功检测和控制方法的有效性，本文采用MATLAB软件搭建了仿真模型，并将模型中的无功补偿装置投入运行，对算法进行了验证。对该系统进行仿真，由于负载的不平衡导致负载电流存在较大的不平衡，在0.1s时投入SVG，可知三相电流迅速的实现了调整，负载电流实现了基本平衡，补偿前后的平衡度计算结果已经确保了系统的正常运行。

补偿前后不平衡度和功率因数的变化可知，在投入SVG后系统存在明显的震荡，甚至不平衡度会恶化，但经过两次的震荡其不平衡度能快速进入新的稳定状态。产生这个问题的原因是投入SVG对电流的调节会影响系统整体的工作状态，但同时能修正系统不平衡运行的问题。

6结论

SVG系统是现代电力系统中常用的装置，本文对SVG系统的基本拓扑和工作原理进行了阐述，并研究了SVG对系统无功补偿的效果。首先分析了典型的SVG的基本结构，然后在此基础上推导了SVG的工作原理和控制方法。最后本文采用仿真的方式对不平衡系统投入SVG前后的效果进行了研究，结果表明SVG能够有效的提高系统运行的功率因数并修正不平衡问题。

参考文献：

[1]孙婷，杨奇，张裕峰，等.直挂式级联SVG的控制系统设计与模型仿真[J].电力电子技术，2016，50（6）：47-50.

[2]武海涛，刘永和.一种新型SVG的拓扑与控制[J].电力电子技术，2018，52（11）：114-117.