无功补偿装置(SVG)在变电站中的应用

无功补偿装置 (SVG)在变电站中的应用

刘跃龙

特变电工西安电气科技有限公司 陕西省西安市 710000

摘要：SVG是柔性交流输电技术（Flexible ACT ran sm ission System，简称FACTS）的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。动态补偿装置能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。通过介绍SVG的基本电气原理、运行情况等来阐述SVG在变电站中的应用情况，并根据在实际变电站中应用前后的相关运行数据来说明该装置在变电站中的应用前景。

关键词：动态；变电站；无功；应用

1变电站无功补偿技术应用

在做电网网架规划时，如何设定线路回路数量，如何分配变电的容量大小以及导线的连接方式和截面大小，这些都是要依照不同水平年不同负荷点的有功负荷大小与其可靠性要求来确定的。可是，即便如此也不一定能满足不同用户端的电流压力在国家和区域的规定范围内，这是因为在电力系统真正运行的时候，其电流负荷不固定，而功率因数也不固定，通过线路的无功功率与有功功率就会和规划数值明显不同，而当电力系统在网架规划的时候是依照电流的最大负荷，这就会引起某些负荷点的电压，出现过低或者过高（称为“越限”）的现象。而无功补偿，就是能让越限的电压再次恢复常态，而采取的一种有效措施。无功补偿的原理就是通过吸收或提供适当变化的无功功率，使得电线线路的无功电流达到最小。

目前，无功补偿的设备装置不少，变电站能够选择使用的无功补偿装置主要有并联电容器、并联电抗器、静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG）。其中，并联电容器、并联电抗器具备使用成本少、电能耗损量少、建造时间短以及维护简便等优势。在通常状态下，变电站一般使用的无功补偿装置是并联电容器组和电抗器组。然而，当在一些风电汇集升压站，母线电压受风处理变换影响而时常变化，并且变化幅度大，当对电力系统的供电质量亦或是系统稳定性有影响的情况下，应该选择SVC或者SVG。变电站在选定无功补偿装置的种类的情况下，不但要考量电能质量以及系统稳定性的要求，同时还应全面考量投资成本、用地范围、操作的难易水平还有设备的使用期限等。

2静止无功发生器

静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）亦叫作静止同步补偿器（StaticSynchronous Compensator，STATCOM）。SVG的工作原理主要为通过控制发出电压相位以及幅值而达到和交流系统中无功功率的交换目的。它是由并联接入电力系统的电压源换流器组成，是一种反应迅速的无功补偿装置。SVG在输电网里的重要作用是潮流控制、补偿无功以及保持系统稳定性等，其在配电网里的重要作用有提升电能质量以及增强供电的可靠性。

SVG发出的三相交流电压并联连接输电线路，其和所连接的电网的三相交流电压同步。虽然其输出特征和旋转同步调相机类似，可是它可以迅速地反应还有其对落后或者超前的无功电流进行对称分配，进而能够调控电力线路上的无功功率，使得电力线路的电压得以平衡，并能够维持电力线路上的动态亦或静态电压能够在系统容许的范围里运行；与此同时，无源设备发出的电压波动能够由它平稳顺滑地进行调控，并且降低到极限值，这样能够提升电力系统的稳定性。特别是在系统发生故障时，SVG可以输出连续可调的容性或感性无功电流，为系统电压提供动态支撑，因此能够实现电压平稳控制，提高系统暂态电压稳定水平，尤其是适用于大规模风电并网的系统。

SVG是基于电压源变频器的装置，电压源由直流电容提供，所以SVG不具备持续提供有功功率的能力。一般状况下，SVG设备在运行时是经过电力半导体开关的接通切断过程把直流侧电压变化为与交流侧电网频率一致的电压。这时，SVG等同于电压型逆变器，然而它的交流侧输送相连的是电网，而非无源负载。其中直流侧为储能电容，为SVG提供直流电压支持；IGBT逆变器的一般是许多逆变器并联亦或串联构成，经过对IGBT驱动脉冲得调控可以控制交流电压的频率、相位以及大小；接入变压器的漏抗能够很好地抑制电流，避免逆变器亦或是系统出现故障时发出的大量电流。

3 SVG装置的运行状态

SVG装置带电时，运行在五种工作状态：待机、充电、运行、跳闸、放电。各状态说明和转换关系如下：

(1)待机状态。装置上电后立即进入待机状态，然后进行自检。若无任何故障且状态正常，则点亮就绪灯。若在就绪情况下收到用户启机命令，则闭合主断路器。主断路器闭合后即转入充电状态。

(2)充电状态。表示装置的直流电容正在充电，由于装置为自励启动，主断路器闭合即表示装置已经进入了充电状态。当充电电压达到额定值的80％后，控制系统闭合启动开关，将充电电阻旁路启动开关闭合后延时10s自动转入并网运行状态。

(3)运行状态。表示装置处于并网运行的工作状态，可以在各种控制方式下输出电流，达到补偿无功、负序或谐波的效果。若在此过程中出现报警，报警指示灯亮，不影响装置正常运行；若在此过程中出现过流、同步丢失等可恢复故障，装置将闭锁，待手动或自动复位消除故障后，装置将重新解锁运行；若在此过程中出现严重故障或收到停机命令，装置将发跳闸命令，并转到跳闸状态。

(4)跳闸状态。表示装置正在执行跳闸指令。一进入跳闸状态，装置就立刻发跳闸命令。检测到主断路器断开后进入放电状态。

(5)放电状态。表示装置正在放电。主断路器断开后，直流电容将缓慢下降直至为0。该状态时持续10s后装置自动转入待机状态。

4 SVG装置的运行方式

(1)恒无功运行方式：该方式用于令装置输出恒定大小的无功，相当于作为纯电抗或纯电容使用。

(2)恒功率因数运行方式：该方式根据设定的功率因数目标值，通过控制无功输出的大小来达到控制功率因数的目的。

(3)恒电压运行方式：该方式用于将系统的电压稳定在一定水平的场合，装置以系统的电压稳定在用户设定电压值为目标调节装置的无功输出。当系统电压低于用户设定的电压参考时，装置输出容性无功以提升系统电压；当系统电压高于该值时，装置输出感性无功以降低系统电压。

(4)负荷补偿运行方式：运行于该方式时，装置通过检测负荷侧的电流自动调节电流输出，以提高负荷电流的电能质量。

以上方式可以通过控制单元的参数整定来实现切换。考虑到设备运行的稳定情况，目前在变电站中主要应用两种方式。其中恒无功方式一般在春节电压较高时作为电抗器使用，平常一般均在恒功率因数运行方式，在这种方式下SVG根据220kV侧不同电压设定不同功率因数控制值，如当220kV侧电压高于236kV时，功率因数控制在0.95～0.90，当220kV侧电压在236～233kV，功率因数控制在0.97～0.94，用户可以根据实际情况设定多档控制参数，从而将功率因数控制在允许范围内。

5 SVG装置的主要功用

(1)故障或突增负荷时，动态地提供电压支撑，确保母线电压稳定性，提高电力系统暂态电压稳定水平，减少低压释放负荷数量。

(2)动态维持输电线路端电压，提高输电线路稳态传输功率极限。

(3)抑制系统过电压，改善系统电压稳定性。

(4)阻尼电力系统功率振荡。

(5)在负荷侧，抑制电压波动与闪变、补偿负荷不平衡、提高功率因数、改善电能质量。

(6)具备抗谐波功能：SVG是可控电流源，只补偿基波无功电流，系统谐波电流不会造成补偿设备损坏，使其寿命延长、维护工作量少。同时避免串抗电容器组可能造成的谐波放大，防止系统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏。

(7)动态无功补偿功能：SVG可跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，同时避免投切电容器组可能造成的谐波放大，防止系统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏。

6结束语

总之，随着安全要求和工作效率的不断加强，SVG技术在变动站供电系统中的应用范围更加广泛，能为企业的高效安全的发展起到积极的保障作用，作为行而有效的技术范畴，应该予以推广，并形成更科学合理的新的理论模式，服务于更多的现场环境。

参考文献：

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[2]熊桥坡，罗安，帅智康，等．级联型SVG单载波调制策略研究[J]．中国电机工程学报，2013，33(24):74-81．