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1、静止无功发生器SVG发展及应用目录1.电能质量12.无功补偿12.1.FACTS简介12.2.可调无功补偿技术方案22.3.有源滤波与静止无功补偿技术33.SVG介绍53.1.静止无功发生器主电路的拓扑结构53.2.静止无功发生器的基本工作原理63.3.常见的几种无功电流检测方法73.4.SVG和SVC优劣性比较84.SVG 的研究现状及发展趋势104.1.SVG 的国内外应用实例104.2.SVG 发展趋势114.3.SVG 应用范围121. 电能质量交流输电功率涉及有功功率和无功功率。在有功功率不变的状况下,无功功率越大就会使功率因数减少，视在功率增大，从而需要增大发、输、配电设备的容量，
2、增长投资和电力损耗费用；使输电线路电压降变大，不利于有功电力的输送与合理应用。但如果无功储藏局限性将会导致电网电压水平减少，冲击性的无功功率负载还会使电压产生剧烈的波动，恶化电网的供电质量。对于给定的有功分布，要想使无功潮流最小以减少系统的损耗,就规定对无功功率的流向与转移进行较好的控制。随着电网的不断发展,对无功功率进行控制与补偿的重要性与日俱增:输电网络对运营效率的规定日益提高，为了有效运用输变电容量,应对无功进行就地补偿;电源（特别水电）远离负荷中心,远距离的输电需要灵活调控无功以支撑解决稳定性及电压控制问题；配电网中存在大量的屯感性负载，在运营中消耗大量无功,使得配电系统损耗大大增长;
3、直流输电系统规定在换流器的交流侧进行无功控制；顾客对于供电电能质量的规定日益提高。因此，对电网的无功进行就地补偿,特别是动态补偿,在输配电系统中十分必要。随着现代电力电子技术的发展,大量的大功率整流、变频装置应用于电力系统，由于这些设备大部分功率因数较低,在工作过程中需要大量的无功功率,给国家电网带来了很大的额外承当，直接影响到了电网的质量。电力电子装置自身还是一种谐波源,这些设备的大量应用使电网上的谐波污染日趋严重,严重影响了电力系统的供电质量,同步使系统留下严重的安全隐患。2. 无功补偿1.2.2.1. FACTS简介柔性交流输电系统(如下简称FACT)是美国电力研究所（lctic Pwe
4、r ResearchInstitu,EPRI） N.Hnigora 博士于196年一方面提出。它具有控制速度快、控制灵活、可靠性高、可持续调节、可迅速变化潮流分布等长处。近年来成为电力系统稳定控制的一种重要研究方向。 目前,重要的 FAT 装置涉及三大类。第一类为并联装置，如静止无功补偿器(Sttic ar Compsator， SVC)，它可以根据无功功率的需求自动补偿；静止无功发生器（Stai Vr Genertor, G)，它是最新浮现的一种并联补偿装置,这是本文研究的重要对象。第二类为串联装置,如静止同步串联补偿器(Statc Sycronous Srs opnsator，SSC)、晶
5、闸管控制串联电容器 (hyror Controled Seies Caacior，TS)等。第三类为混合装置，如统一潮流控制器（nited Powe lo Cortolor ，UPC） 相间潮流控制器（ ntepase ow Cnroller,IPC）等。图. 无功补偿装置发展概况老式的静态无功补偿装置是无功补偿电容器，它具有构造简朴、经济、以便等长处。但是,它的阻抗是固定的,不能跟随负荷无功需求变化,也就是不能实现对无功功率的动态补偿。且目前由于电力公司履行无功“返送正计”，即过补偿视为欠补偿,不可调的静态无功补偿会使功率因数大幅下降,因此要研究可调无功补偿技术。2.2. 可调无功补偿技术方
6、案近几年，结合国外的先进技术,国内在无功补偿与谐波综合治理提出了许多可调无功补偿方案,无论哪种方案,都是力求基波下补偿牵引负荷感性无功功率,提高功率因数,并滤除(或抵消）指定谐波。重要方案有： （1)真空断路器投切电容器。最大的长处是简朴、投资省；缺陷是合闸时,投切滤波支路有一种暂态的过程，会产生过电流过电压，影响电容器及串联电抗器的可靠运营;切除滤波支路时，触头上恢复电压较高,有开关重燃的也许,多次反复击穿时，电容器上产生很高的过电压，致使设备损坏。对电容器的投切冲击，EC规定不超过1000次/年,加之开关寿命的限制，不能频繁投切,从而影响动态补偿效果。(2）固定滤波器+晶闸管调节电抗器(T
7、CR)。固定滤波器按谐波规定设计,反并联晶闸管与电抗器串联,通过变化晶闸管触发角来调节流过电抗器的感性电流，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流平衡,满足功率因数规定。长处是固定滤波器长期投入，需要的晶闸管数量少，响应速度快，调节性能好，缺陷是TCR也产生谐波。 (3)固定滤波器晶闸管调节变压器（TCT）。用高漏抗变压器替代方案(2）中的电抗器即得到这种补偿方案。由于高漏抗变压器制造麻烦，有功损耗大,这种补偿方案并没有得到广泛应用。 (4)固定滤波器+可控饱和电抗器。调节饱和电抗器的饱和限度来变化流入回路的感性电流，使其与并联滤波器中多余的容性无功功率得以平衡，长处是固定并联滤波支路长期投
8、入,不需投切，实现光滑可调,但同C同样要产生谐波,有损耗，噪声大。 (5)晶闸管投切电容器(TC)。按照一定的寻优模式,设计多组某次或某几次滤波器,基波下各支路呈容性,分级变化补偿装置的无功出力;滤波器某次谐波下偏调谐，兼滤该次谐波。长处是损耗小,构造简朴,速度响应快，不产生谐波，可以实现过零投切,不会产生像真空形状那样严重的过电压，缺陷是每级都配相应的晶闸管,滤波效果受系统特性和投入组数的影响,一次性投资大。 （6)固定滤波器（FC)调压电容器（C）+调压电抗器(T)。通过调节降压变压器低压侧的母线电压来调节连接在低压母线上的滤波器或电抗器的电压,从而变化其无功出力。调节时，用晶闸管通断，分
9、接开关无载调节,可充足运用分接开关的机械寿命(达0-100万次）和晶闸管的电气寿命(理论上不受限制）。在实际应用中，也可加装FC来提供稳定的无功功率和实现滤波。(7）有源补偿器。使用电力电子装置产生与负荷中谐波电流、负序电流相位相反的电流,使其互相抵消来满足电源的总谐波、无功电流的规定。这种方案补偿灵活,调节速度快，不会与系统发生谐振，但因电力电子设备价格昂贵,尚未得到广泛应用。 (8)无源补偿器+有源补偿器。采用有源滤波器产生与负荷中谐波电流相位相反的谐波电流，使其互相抵消来满足电源的总谐波电流的规定。比较成功的是无源、有源混合滤波器，它能扬长避短，充足运用无源补偿的大容量和有源补偿的灵活性
10、、可控性,但其构造复杂、造价高、运营费用高。这一技术正在研究阶段。2.3. 有源滤波与静止无功补偿技术近年来国内外有关单位对装设补偿装置综合治理电能质量的问题进行了广泛的研究和实验，提出了许多方案，其中有的方案已在现场实行投运。其中研究比较多的是有源滤波和静止无功补偿技术。所谓静止无功补偿,是指不用旋转元件而用不同的开关投切电容器或电抗器,使其具有吸取和发出无功电流的能力，用于提高电力系统的功率因数，稳定系统电压,抵制系统振荡等功能。静止无功补偿装置重要有晶闸管控制电抗器(TCR； ThyrisrConrolledRctor）、晶闸管投切电容器(TSC：Thyistr Swche Capaci
11、tor),这两种装置统称为V(Static Var Compesator),尚有基于可关断器件的静止无功发生器（SG:StacVa enra）(1)晶闸管控制电抗器(CR）两个反并联的晶闸管与一种线性电抗器相串联,其单相原理图如图.2所示,其三相多接成三角形。当触发角90时,晶闸管全导通，此时电 抗器吸取的无功电流最大；当触发角=1时,导通角0,此时电抗器无功电流为零。图2.2 CR补偿原理导通角与补偿器等效导纳之间的关系为: （22）触发角与导通角的关系为: （2）根据式(2.1）、（.)可知增大触发角即可减小导通角,从而减小补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波分量,因此通过触发角
12、的大小就可以变化补偿器所吸取的无功分量，达到调节无功功率的效果。由于单独的R只能吸取无功功率，而不能发出无功功率，为理解决此问题,可以将并联电容器与TC配合使用，构成静止无功补偿器VC（F+TCR）。（2)晶闸管投切电容器(S） 为理解决电容器组频繁投切的问题,TSC装置应运而生。两个反并联的晶闸管将电容器并入电网或从电网中断开，串联小电抗器用于克制电容器投入电网时也许产生的冲击电流。一般在补偿母线上设立几组合适的电容器支路(实际应用中一般设立成单调谐滤波器),TS控制器根据牵引网电压与电流来计算需投入的电容器支路数量,按一定的寻优模式，通过晶闸管电子开关控制电容器支路的投入与切除,实既有级调
13、节无功功率的目的,最后使得系统的功率因数保持在较高的水平。为节省投资,实际应用中是将牵引母线电压通过协调变压器降到一定的电压水平。TC型静止无功补偿装置响应速度快,对无功电流有较好的补偿效果。TSC装置一般与电抗器相并联，构成C(TSCTCR),以电容器作分级粗调,以电感作相控细调。(3)有源滤波器(APF)VC克制谐波所采用的措施重要是将固定电容器支路设立为滤波器，滤除牵引负荷产生的3、5、7次谐波电流。应当看到，此措施对克制谐波有一定的效果，但为了避免系统产生谐振，在实际应用中滤波器不能完全调谐，因此效果有限，不能较好地滤除注入系统的谐波。克制谐波的一种趋势是使用APF。根据与系统连接方式
14、的不同，AP分为串联型和并联型两种形式，在实际应用中重要采用并联型AF。并联型AP可单独使用，也可与无功补偿装置结合使用，其结合方式可与无功补偿装置并联，也可与无功补偿装置串联。这种滤波器采用全控型器件,工作在电压源变流器模式，通过实时控制,对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响,因而受到广泛的注重,已在日本、欧美等国家获准广泛应用，并获得良好的效果。(4）静止无功发生器S SVG采用全控型器件。由于工作在电压源变流器模式,它不需要大容量的电抗器和电容器等储能元件。变化控制措施可使其发出的无功功率呈电容性，也可使其吸取的无功功率呈电感性，且可实现持续调节。采用PW控制
15、或多重化的构造，使其输出电流接近正弦波,不需附加额外的滤波器具体构造。从理论上讲，使用S补偿装置可使功率因数、谐波及负序均能达到满意的成果。此类装置自上个世纪 90 年代中期以来,已在日本新干线上使用。在国内，在国家重点项目京沪线电气化改造工程中南翔牵引站采用了SVG方案,这也是国内首例电气化铁路积极在牵引站内加装SVG装置。3. SG简介1.2.3.3.1. 静止无功发生器主电路的拓扑构造 的主电路有电压型桥式和电流型桥式两种类型。直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。对电压型桥式电路，还需要串联连接电抗器才干并入电网，电抗器能滤除装置投入时产生的谐波;对电流型桥式电路,还需要在交流侧并联上吸取换相产生的过电压电容器。其电路基本构造分别如图31所示。图3.1VG的电路基本构造图)采用电压型桥式电路 b）采
