1.装置技术说明

1.1 概述

　　SVG（Static Var Generator），即高压静止无功发生器，又称作高压静止无功补偿器 ASVC(Advanced Static Var Compensator)或静止同步补偿器 STATCOM（Static Synchronous Compensator）,是当今无功补偿领域新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统（FACTS）的重要组成部分。它利用可关断大功率电力电子器件（如 IGBT）组成自换相桥式电路，通过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

　　在电力系统中，将 SVG 安装在变电站或负荷附近，可以显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量，例如提高功率因数、克服三相不平衡、消除电压闪变和电压波动、抑制谐波污染等，保障电力系统稳定、高效地

运行。

1.2 技术条件

1.2.1 环境要求

装置正常工作的环境条件为：

a） 工作环境温度：-10℃~+40℃，贮存环境温度-25℃~+55℃，超过允许温度值，应加装安全可靠的通风散热装置；

b） 相对湿度：湿月的月平均最大湿度为 75%，同时该月的月平均最低温度为 25℃且表面无凝露；

c） 大气压力：80kPa~110kPa(相对于海拔高度为 2km 及以下)；

d） 工作在无腐蚀性气体、无易燃性气体、无导电粉尘，无滴水、无盐份、无油烟和无粉尘的环境中；

1.2.2 主要技术参数

a) 额定工作电压：6kV，10kV；

b) 额定容量：1～10Mvar；

c) 输出无功范围：从感性额定无功到容性额定无功范围内连续变化；

d) 控制器响应时间：＜1ms；

e) 输出电流谐波畸变率：＜3%；

f) 整机效率：＞99%；

g) 人机界面： 中文显示用户操作界面；

1.2.3 基本原理

SVG 的主电路主要包括控制系统、IGBT 功率变换器和滤波电抗器三部分。SVG 首先通过软起电阻进行软启动，当电容电压升至 80%额定值时，主接触器闭合，再通过 PWM 调制使电容电压升至额定值。SVG 正常工作时通过外部 CT、PT 实时采集电网电流和电压信号送至信号调理电路，再通过 FPGA 控制器提取出所有的谐波或无功电流，经过调制后输出到驱动电路触发级联多电平 IGBT变换器，通过对功率变换器的控制，可以调节功率变换器的输出电压，进而调节电抗器上的电流，使 SVG 发出满足需求的无功电流，实现动态无功补偿的目的；同时可以使 SVG 产生与指令谐波电流大小相等、相位相反的电流注入电网，使电网电源侧电流波形成正弦波，实现滤除谐波的功能。

1.2.4 装置构成

单台 SVG 结构装置如下图（以 5M/10kV 为例）所示，装置主要由启动柜、功率柜、控制柜三部分组成。

表 1-1 装置的构成

1.3 型号规格

SVG 系列产品的型号命名规则如下所示：

表 1-2 SVG 选型表

1.4 产品配置

作为标准产品，SVG 装置提供了标准配置表中列出的各个组件。可选配置中的组件则由用户根

据自己需要选用，不在标准产品的提供范围，需另外采购。

1.4.1 产品标准配置

表 1-3 标准配置

1.4.2 产品可选配置

表 1-4 可选配置

2.装置运行特性与组成

2.1 装置运行特性

　　SVG 分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。对电压型桥式电路，还需再串联上连接电抗器才能并入电网；对电流型桥式电路，需在交流侧并联上吸收换相产生的过压的电抗器。

　　SVG 系列高压静止无功发生器工作时通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成与交流侧电网同频率的输出电压，类似一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波频率时，SVG 可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上，无功的性质和大小靠调节电流来实现。

　　SVG 的工作原理可以用下图所示的单相等效电路图与电流超前和滞后工作的相量图来说明。

连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗（如管压降、线路电阻等），并将总的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑，则 SVG 的实际等效电路图与其电流超前和滞后工作的相量图如下图所示。

SVG 详细的工作模式及其补偿特性如下表所示。

2.2 装置拓扑结构

　　链式高压静止无功发生器采用 H 桥式功率单元串联技术，通过三相星形接法或角形接法实现高压输出。其根据电网电压等级，确定是否通过变压器接入系统。链式 SVG 其系统结构如图 2-3 所示。

采用 H 桥级联多电平电路架构，直接接入 6KV、10KV 电网。采用 N+1 冗余结构，当一个 H 桥链节损坏后，通过旁路电路切除故障模块并启用第 N+1 备用功率模块，装置仍可继续满负荷运行，因此装置运行可靠性极高。

该方案的优点如下：

　　（1）在 10KV 及以下电网中，无需变压器，直挂电网；

　　（2）模块化设计，便于产业化，维护方便；

　　（3）体积小并且损耗小；

　　（4）自身不产生谐波电流，无需配备滤波器。

　　（5）冗余一级，可靠性高。

　　功率单元采用 H 式拓扑结构，技术可靠。SVG 系列链式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 2-4 为链式高压静止无功发生器功率单元的拓扑结构图。

2.3 装置的组成

　　SVG 系列高压静止无功发生器主要由控制柜、功率柜和启动柜组成。

2.3.1 控制柜

　　SVG 的控制柜用来控制 SVG 实现预期控制目标、监控系统运行状态、与上位机进行通讯等，其稳定的工作特性保证了整个系统的安全、可靠运行。

　　如图 2-7 所示，控制柜由控制器、显示操作面板、控制电源、继电器、空气开关等部件组成。

　　控制器分为主控制器与从控制器。

显示操作面板上布置有主控制器触摸屏、从控制器触摸屏、空气开关、急停按钮、指示灯等部件。具体功能见第四章。

　　控制器电源提供 DC24V 和 DC5V 电源系统，为控制器和继电器操作供电。

　　控制器开关功能如下表所示：

触摸屏是 SVG 人机交互的接口，除了用来设置 SVG 系统运行参数外，还用来监控、显示系统运行状态。

为保证 SVG 的供电可靠性，在控制柜内还配备了电源系统，利用两个独立电源同时给控制系统供电，实现供电系统的冗余设计。

　　SVG 的控制器硬件由主控板、采样板、通讯板和电源板组成。

　　控制柜采用柜式结构，表面采用静电喷塑工艺处理，柜体采用“三防”产品，抗电磁干扰能力强。控制器核心元器件采用美国 Xilinx 公司军工级 FPGA 芯片，FPGA 时钟频率最高可到 200MHz，内部有 84 个硬件 DSP 单元，DSP 并行运行，运算速率远高于单个 DSP 控制方式，通讯延迟小，响应速度更快。并且 FPGA 烧录程序后，相当于一个硬件电路，运行可靠性极高。

 主控板

　　主控板是控制器的核心组件，主要完成 SVG 控制系统的核心控制功能，以及与触摸屏通信功能，进行信息交互。通过触摸屏可以进行系统参数设置、设备参数设置、监控设备通讯状态、开关量状态及采样值数值、设备运行信息、完成设备开关机等。

 采样板

　　对模拟信号进行处理，将接收到的外部模拟信号传送至主控板进行处理，并接受主控板指令直接输出模拟信号；对开关量信号进行处理，将接收到的外部数字输入信号传送至主控板进行处理，并接受主控板指令输出数字信号，通过外部继电器控制外部设备。

 通讯板

　　主要接收功率单元光信号，经过处理后传输到主控板，将主控板指令处理后通过光纤传送到功率单元，控制功率单元内部 IGBT 导通与关断，实现无功补偿的功能。

2.3.2 功率柜

　　功率柜主要由功率单元组成，是 SVG 系列高压静止无功发生器的主体。

功率板接收控制器发来的控制信号，经 IGBT 驱动板解码生成触发脉冲控制 IGBT 的开通与关断，产生预期的补偿电流。功率板同时还有直流侧电压检测、故障检测以及通讯功能等。功率板检测的直流电压、模块电流、IGBT 模块温度、模块状态，通过通讯功能上传到控制器并通过触摸屏显示。功率单元的故障检测包括 IGBT 过流、直流侧电压过压、通讯故障和功率单元超温，实现对功率单元主要直接的保护。检测到功率单元故障时，会在第一时间实现对设备的保护，并将故障信息反馈给控制器。功率单元是 SVG 的核心主电路，其采用模块化设计，结构和电气性能完全一致，用以实现功率变换。

 功率板

　　功率板为我公司自主研发，其核心元器件同样采用了美国 Xilinx 公司军工级 FPGA 芯片。其主要功能是监测功率单元直流侧电压，检测 IGBT 过压、过流信号及散热器温度保护信号；输出 IGBT驱动脉冲信号、IGBT 状态信号及单元状态信号；通过光纤连接完成与控制器间信号的收发。

2.3.3 启动柜

　　启动柜是 SVG 系列链式高压静止无功发生器与电网连接点，用来给功率单元内部的直流电容充电，同时向系统注入容性或感性无功电流。启动柜由电抗器、充电电阻、接触器、避雷器、高压带电指示器等器件组成。

　　充电电阻的主要作用是限制充电电流，充电完成后，接触器闭合，将充电电阻旁路。避雷器的主要作用是保护静止无功发生器本体免受雷电引起的过电压或电力系统操作过电压的损坏。电抗器起滤波作用，防止 SVG 的高频电流注入电网。

2.3.4 冷却系统

装置采用风冷系统，由散热风机以及控制电路组成。

2.4 SVG 设备的功能特点

　　SVG 是当今无功补偿领域新技术的代表。SVG 并联在电网中，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功率的变换。SVG 较传统的无功补偿装置有如下特点：

 控制系统采用基于 FPGA 的全数字控制系统，响应控制速度快，最快可达 5ms

 SVG 的控制系统是在 SVC 的控制系统的基础上进行改进的，该控制系统已在上千套 SVG 设备中成熟应用，保证了 SVG 运行的稳定性

 SVG 采用了 PWM 波技术，不仅自身不产生谐波，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

 采用国际的系统仿真软件（RTDS，PSCAD，MATHCAD，matlab 等），结合公司已有数据库，对谐波潮流、谐波阻抗、系统设置、操作过电压等进行仿真计算，保证 SVG 在不同运行工况条件下，所设计的滤波器不与系统产生并联谐振和谐波放大

 电压闪变抑制能力更强，大于 80%

 运行范围更宽，-100%至+100%

 补偿功能多样化，无功补偿、谐波补偿、负序补偿、综合补偿

 谐波含量极低，几乎无谐波，还能滤波

 占地面积小，现场施工量小