静止无功发生器 SVG 技术说明
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SVG 系统的组成及控制原理
2.1 当前主流 SVG 系统拓扑结构（示例） 常见的 SVG 拓扑结构有包括两电平方案和多电平方案。 其中两电平方案有简单的三相桥 式结构－低压和 IGBT 串联的三相桥式结构－中压、高压两种结构；多电平方案有二极管嵌 位变流器、飞跨电容变流器、H 桥串联结构（链式结构）和多重化四种方式。 两电平方案：
图 3 SVG 的与系统的连接示意图
和U 表示，则连接电抗 X 上的电压 设电网电压和 SVG 输出的交流电压分别用相量 U S I 即为 U 和U 的相量差， 而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。 这个电流就是 SVG U L S I
。 从电网吸收的电流 I 如果未计及连接电抗器和变流器的损耗， SVG 的工作原理可以用图 4a)
U U I 与 S 同相，仅改变 U I 幅值大小
即可以控制 SVG 从电网吸收的电流是超前还是滞后 90°，并且能控制该电流的大小。
I
•
•
X = ωL
I
•
UI
•
U L = jX I
US
•
•
•
UL
•
US
UI
•
US
电流超前
•
U L = jX I
UI
•
•
•
I
•
电流滞后
a 单相等效电路
b 相量图
满足式(3)。这样电源电流中就只含有基波正序有功和谐波电流，如式(4)所示。
= +I ) I −( I C Lfq + Lf I +I = I S Lfp + Lh
所以，要想达到补偿目的，关键是控制 SVG 输出电流
(3) (4)
I C 满足式(3)。
从 SVG 工作原理的描述可以看出， 如果要使 SVG 在补偿无功的基础上还对负载谐波进行 抑制，只需要使 SVG 输出相应的谐波电流即可。因此，从这个意义上说，SVG 能够同时实现 补偿无功电流和谐波电流的双重目标。 1.4 SVG 与 SVC 的比较 通过上一节对 SVG 原理的描述可以知道，SVG 可以根据负载特点和工况，自动调节其输 出的无功功率的大小和性质（容性或者感性）。因此，从本质上讲，SVG 可以等效为大小可 以连续调节的电容或电抗器。 SVG 是目前最为先进的无功补偿技术， 其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。从技术上讲，SVG 较传统的无功补偿装置有如下优势：
静止无功发生器 SVG 技术说明
Static Var Generation（SVG）Technical Description 文：中达电通股份有限公司 周巍 【摘要】有色金属冶炼加工设备不断地大型化、数字化、智能化，对有色金属冶炼加工系统 有很大的影响， 同时也对供电质量提出了更高的要求。 本文将对静止无功发生器的控制原理 及应用进行探讨。 【Abstract】With digitization ,upsizing and intelligentalization of Smelting non-ferrous metal processing equipment, Smelting non-ferrous metal processing system will be influenced,at the same time, it requires better quality of power supply.The text will discuss control principle and application of SVG. 【关键字】有色金属冶炼；静止无功发生器；控制原理 【Keywords】Non-ferrous metal smelting; SVG; Control principle 在有色金属冶炼加工企业中， 供电的质量指标、 电网运行的安全可靠性和经济性是最根 本的问题。近年来，随着有色冶炼加工企业的发展，有色金属冶炼加工设备尤其是轧制设备 趋向设备大型化、大容量、数字化、智能化，由电力电子器件构成的各种交交变频、交-直交变频、 软启动以及新型的直流传动调速等产品在有色金属轧制设备系统中普遍应用。 这些 技术在给有色金属加工企业带来各种益处的同时， 也对有色金属加工企业的供电质量提出了 更高的要求，另外，这些技术在使用的同时也会对电网产生影响。此外，有色金属轧制生产 的一些特定工况， 例如轧机咬坯、 设备频繁启停变速等也会对供电系统带来很大影响。 因此， 有色金属冶炼加工系统的电能质量均必须治理。 相比较传统无源滤波器或 SVC 作为最先进动 态无功补偿装置的代表， 静止无功发生器 SVG 有着巨大技术优势和应用市场。 由此针对静止 无功发生器 SVG 的技术进行一些探讨，以让更多的人了解这项产品及其特点。
U S 和 U I 表示，则连接电抗 X 上的电压
U L 即为 U S 和 U I 的相量差， 而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。 这个电流就是 SVG
。 从电网吸收的电流 I 如果未计及连接电抗器和变流器的损耗， SVG 的工作原理可以用图 4a)
所示的单相等效电路图来说明。在这种情况下，只需使
1 控制原理说明及框图
1.1 供电系统结构 一般电力系统用户负荷吸收有功功率 PL 和无功功率 QL 。
Ps+Qs PL+QL
负 荷
图 1 简单的负荷连接
电源提供有功功率P S 和无功功率Q S（可能为感性无功，也可能是容性无功），忽略变压 器和线路损耗，则有 PS = PL ， QS = QL 。没有足够无功补偿的电网存在以下几个问题：电 网从远端传送无功； 负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量； 负荷的不平衡与 谐波也会影响电网的电能质量。 因此，电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功、不平衡与谐波补偿，以提高电 力系统的带载能力，净化电网，改善电网电能质量。 1.2 SVG 补偿无功
P S＋Q S P L＋Q L 负 载
SVG
图 2 带有 SVG 无功补偿装置的系统
假设负荷消耗感性无功（一般工业用户都是如此）Q L ，此时控制SVG使其产生容性无功 功率，并取Q SVG =Q L ，这样在负荷波动过程中，就可以保证：Q S =Q SVG -Q L =0。 如果对电网等比较复杂的补偿对象而言， 当需要向电网提供感性无功时， 可以通过对SVG 的控制，使其产生感性无功功率，并取Q SVG =Q C ，这样在负荷波动过程中，仍然可以保证： Q S =Q SVG -Q C =0。 此外，SVG 在补偿系统无功功率达同时，几乎不产生谐波。更重要的是，SVG 还可以对 系统的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿，实现有源滤波（APF）的功能。 1.3 SVG 的基本原理 所谓 SVG（Static Var Generator），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中心控制器
上位机
图 11 多电平方案－多重化
2.2
SVG 控制系统的基本组成 对 SVG 而言， 常见的是恒无功功率控制方法。 对采用直接电流控制的恒无功功率控制方 法框图如图 12 所示。
iaq ibq icq
1 n + _ + _ Driving Circuit
+
ica
icb
+ _ icc
ea eb ec
i as i
s b
PCC
iLa iLb iLc
Loa d
i
s c c ib ic ic a c
Touching display screen Control circuit
L
C
Driving signal
图 7 简单的三isa isb isc iL is uL uC
图 8 IGBT 串联的三相桥式结构－中压、高压
多电平方案：
A B C
A B C
图 9 二级管嵌位和飞跨电容多电平结构
A
B
C
图 10 多电平方案－H 桥串联（链式结构）
35kV(27.5kV, 10kV, 6kV) PT1
800V
T
a xb y c z
a xb y c z
a xb y c z
PT2
响应时间更快。SVG 响应时间小于等于 1ms；传统静补装置响应时间大于等于 5ms；SVG 可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换， 这种无可比 拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。 抑制电压闪变能力更强。SVC 对电压闪变的抑制最大可达 2:1，SVG 对电压闪变的抑制 可以达到 5:1，甚至更高。SVC 受到响应速度的限制，其抑制电压闪变的能力不会随补偿容 量的增加而增加。 而 SVG 由于响应速度极快， 增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能 力。 运行范围更宽。SVG 能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所以比 SVC 的运行范围 宽很多。也就是说，当 SVC 需要在正负全范围运行时，需要 TCR 和 FC 配合使用，整个装置 损耗较大，占地面积也较大。更重要的是，在系统电压变低时，SVG 还能够输出与额定工况 相近的无功电流。而 SVC 输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功 电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。这是 SVC 技术本质的缺点。 补偿功能多样化。使同一套 SVG 装置，可以实现不同的多种补偿功能：单独补偿负载无 功；单独补偿负载谐波；单独补偿负载不平衡；同时补偿负载无功、谐波和不平衡。所以， SVG 具有强大的补偿功能。 谐波含量极低。主流 SVG 采用了 PWM 技术、多电平技术和多重化技术，不仅自身产生的 谐波含量极低，还能够对负载的谐波和无功进行补偿，实现有源滤波的功能，真正做到多功 能化。而 TCR 和 TSC 自身均要产生很大的谐波电流，所以还需要安装相应的 FC 滤波装置， 增加了额外的成本。 占地面积较小。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG 的占地面积通常只 有相同容量 SVC 的 50%，甚至更小。所以，在一些厂矿改造中 SVG 具有很大的优势。
