基于SVG技術的變電站無功補償的研究與應用

國網浙江省電力有限公司杭州市余杭區供電公司 胡 楊

某公司就新型動態無功補償裝置SVG 在電氣自動化中的應用進行了研究，并詳細介紹了其工作原理和實現方法?；谧冸娬緞討B無功補償裝置SVG 的實際應用結果表明，該應用功能可有效解決電氣自動化控制的穩定性和精準度，提升了區域電網的安全性與經濟性。

1 無功補償技術概述

電網的無功補償是通過調整電力系統內無功功率的分配來實現的。這是為了提高電力系統的功率因數，并改善電力系統的電壓質量、減少有功損耗、降低電網運輸成本。電網的無功補償應該綜合考慮電力系統的實際情況，補償容量和補償因數的選擇需要滿足電力系統對功率因數和電壓質量的要求，并且能夠高效地減少有功功率和電網線路的損耗。通常補償因數在0.95～1可滿足大多數電力系統的需求。

傳統無功補償技術主要是利用發電機機組向電網注入無功功率，來控制連接點的電壓波動，確保電力系統的安全性和穩定性。在電力系統運行過程中，傳統無功補償技術通常應用固定電抗器或電容器，好處在于投資成本低、操作簡單，但由于電容器合閘時易出現過電壓，無法有效多次進行投切，從而使得動態補償效果達不到理想水平[1]。

相比之下，動態無功補償技術主要涉及使用能夠實時響應電力系統需求的電力電子器件，例如靜止無功補償器或靜止同步補償器。這些裝置能夠根據電壓、電流或頻率等參數的變化，快速地調整電力系統的無功功率，并提供所需的無功電流，是一種高級的無功補償方法，通過對無功功率、負序電流、諧波等進行補償，最大程度地減少電網的電能損耗，提高供電質量，以保持電力系統的穩定運行。

表1 SVG 的三種運行模式

通過動態無功補償技術，可以實現以下優勢：快速響應能力。動態無功補償器可以快速調整無功功率，對電力系統的電壓和功率穩定性起到積極作用；靈活性。動態無功補償技術可以根據實際需要進行靈活控制，以滿足電力系統在不同運行條件下的無功補償需求；動態穩定性。動態無功補償器可在電力系統發生故障或變化時提供穩定的無功功率，提高電力系統的動態穩定性；提高電力質量。動態無功補償技術可減少電力系統中的無功電流引起的電壓波動和電網損耗，從而改善電力質量。

1.1 動態無功補償裝置SVG

某公司研究的動態無功補償裝置SVG 采用鏈式換流器又稱為鏈式SVG，代表著電力系統無功補償技術的新發展方向。該裝置能夠快速連續地提供容性和感性無功功率，實現適當的電壓和無功功率控制。SVG 設備通過將電壓源型逆變器經過電抗器并聯在電網上，在直流電容的工作過程中，通過調節逆變橋中的開關器件（例如IGBT），可以控制直流逆變到交流的電壓的幅值和相位。通過檢測系統中所需的無功功率，實現無功功率的平衡，從而保持系統的高功率因數運行。

圖1 SVG 成套裝置連接原理圖

SVG 成套裝置由控制部分、功率部分、啟動部分及冷卻系統組成。該裝置通過連接電抗器來實現電網和SVG 裝置之間的功率交換，其輸出通過連接電抗器并聯到系統側，可以抑制交流側的高次諧波、限制暫態不平衡故障下的SVG 負序電流、限制短路電流上升率和峰值。這些特性使得鏈式SVG 在電力系統中具有重要的應用價值，可有效提升電力系統的性能和穩定性。

SVG 裝置冷卻系統采用密閉水冷卻系統。通過水冷板將IGBT 產生的熱量交換至冷卻介質中，冷卻介質在泵的壓力作用下沿管路流經換熱器，并通過戶外水風換熱器實現第二次熱量交換降低冷卻介質溫度，冷卻后的介質再次流回SVG 閥組部分，循環工作。

圖2 SVG 成套裝置水冷卻系統原理圖

1.2 SVG 裝置的運行狀態

SVG 裝置帶電時，運行在六種工作狀態：檢修、待機、充電、運行、跳閘、放電。各狀態說明和轉換關系如下。

檢修狀態：控制電源接通后，裝置可進入檢修狀態；待機狀態：裝置主電上電后立即進入待機狀態，然后進行自檢。就緒情況下，裝置收到啟動命令可直接合上開關，開關合位后即轉入充電狀態；預充電狀態：裝置的直流電容正在充電，由于裝置為自勵啟動，開關閉合表示SVG 進入了充電狀態。若在開關閉合后直流電壓充電到超過直流設定值，則自動閉合啟動開關以短路充電電阻，啟動開關閉合后延時一段時間自動轉入并網運行狀態；運行狀態：裝置處于并網運行的工作狀態，可以在各種控制策略下輸出電流，達到補償無功、負序或諧波的效果；跳閘狀態：裝置正在執行跳閘指令。一進入跳閘狀態，裝置就立刻發跳閘命令。檢測到開關斷開后進入放電狀態；放電狀態：裝置正在放電。開關斷開，直流電容將緩慢下降直至為0。

1.3 SVG 裝置控制保護可實現功能

SVG 裝置由控制部分可實現多種控制功能，并在發生故障時實現對裝置的跳閘保護，見表2。

表2 SVG 裝置控制部分可實現功能表

1.4 SVG 裝置日常巡視內容

SVG 裝置需要定期進行巡視維護，從而更好地保障工作運行狀態，可從下述方面進行維保。

檢查控制器上遙測、遙信數據是否正常，是否有異常告警；檢查成套裝置運行時有無異常聲響、振動。檢查控制柜面板上的信號燈指示是否正確；檢查電抗器有無滲漏油現象，溫度是否過高；檢查冷卻系統是否正常運轉，冷卻水流量、檢查供水回水壓力是否正常；檢查電機如主循環泵噪聲、溫度等，檢查進出水口密封處是否泄漏，連接是否震動。

檢查管道連接處有無移動、錯位，檢查柜設備底部有無水漬，檢查電氣柜散熱濾網是否有污垢，并及時清理，確保進風良好，檢查補水箱液位，低位時及時補水；SVG 成套裝置網門內屬高壓危險區域，在高壓通電情況下絕對不能打開柜門進行作業。停電15min 后，待內部電容放電完畢，方可打開網門進入；禁止在主電路有電時斷開風扇和散熱系統電源，這樣會導致過熱損壞裝置；巡視時檢查室內溫度、濕度、通風情況，注意室內環境溫度不應超過40℃，如超過40℃，應采取降溫措施，環境相對濕度不超過75%，如超過75%應增加除濕措施。

2 SVG 無功補償策略及SVG 裝置控制保護策略應用

SVG 在電網中的無功補償策略具有多樣化，包括基于電壓調整、基于電流調整、基于功率因數控制和基于諧波濾波。

基于電壓調整的策略：SVG 根據電力系統的電壓波動來調整無功輸出，以穩定電網電壓。當電壓下降時，SVG 提供額外的無功電流來提高電壓；當電壓升高時，SVG 則減少無功輸出；基于電流調整的策略：SVG 根據電力系統的負載情況和功率因數要求來調整無功輸出，以維持系統功率因數在合適范圍內。通過測量電流的波形和諧波成分，SVG 可以動態地調整無功補償來滿足系統對無功電流的需求。

基于功率因數控制的策略：SVG 根據設定的功率因數目標來調整其無功輸出，以改善系統的功率因數。當功率因數低于設定值時，SVG 提供額外的無功電流來提高功率因數；當功率因數高于設定值時，SVG 減少無功輸出以降低功率因數；基于諧波濾波的策略：通過控制SVG 的諧波濾波器，可有選擇地補償特定的諧波成分，從而減少諧波對電力系統的影響[2]。

綜合考慮電力系統的需求，上述策略可根據實際情況進行組合和調整，以達到最佳的無功補償效果。具體的策略選擇需要根據電力系統的特點、負載情況和運行要求來確定。某公司研究應用的SVG裝置有恒無功控制、恒電壓控制、恒電流控制、恒功率因數控制、恒系統無功控制等多種策略，也可進行組合調整策略，具體的應用策略需要結合電力系統的運行情況和要求，進行選擇和優化。

某公司研究的SVG 裝置主要應用于變電站內，可用于主變壓器的無功補償，在其輸入端提供相應的無功補償。SVG 可被用來快速響應主變壓器輸入端的無功功率需求，并在瞬間提供所需的無功電流補償。也可控制無功功率的流入或流出，以維持電力系統母線的電壓穩定。當電壓發生波動或下降時，SVG 能夠快速響應，并提供適當的無功電流，使電壓始終保持在合理的范圍內。同時，SVG 裝置可以抑制非線性負載和諧波，變電站中存在一部分非線性負載，導致電力系統中的諧波問題日益突出。SVG 內置的諧波抑制功能可以抑制電力系統中的諧波，以保護設備和電網不受諧波的影響。

浙江某變電站在原單一由電容器進行無功補償基礎上進行改造，安裝一臺SVG 裝置，通過恒無功控制和恒電流控制的組合調整策略，實現站內電網功率因素動態調節，達到無功偏移量不會越限的目標，見表3。

表3 浙江某電站SVG 裝置間隔無功補償情況

現場實際應用說明，采用SVG 動態補償裝置的變電站可有效地優化電力系統的無功補償模式，并提高電力系統的供電質量。通過系統無功控制的協同運行，電力系統的功率分配更加合理，降低了電網運行的風險。某公司提出的SVG 裝置應用在變電站中主要是用于電力系統的無功補償和電壓穩定控制，以及解決電力系統的質量問題。

3 結語

SVG 作為一種高性能的無功補償設備，響應速度較快，能夠在毫秒級別內完成對無功功率的補償，具有較高的無功功率密度，能夠在較小的體積內提供較大的無功功率。此外，SVG 還具有較高的效率和較低的諧波發生率，對電力系統的影響較小。某公司研究介紹了基于SVG 技術的變電站無功補償運行方式，并驗證了其在電力系統中的應用性能。通過實際應用，證明了SVG 裝置的優越性和可行性，可在一定程度上提高了電力系統的穩定性和可靠性，在電力系統中具有廣泛的應用前景。