文章在概述無功補(bǔ)償裝置發(fā)展過程的基礎(chǔ)上從SVC工作原理、SVC系統(tǒng)構(gòu)成、SVC方案設(shè)計等方面介紹目前國內(nèi)最前沿的無功補(bǔ)償技術(shù)，可為該技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

1、關(guān)于無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展過程

第一代并聯(lián)補(bǔ)償電容器(FC)一般只適用于固定補(bǔ)償，即對無功功率進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償，而近年來使用的TBBZ10自動補(bǔ)償裝置(HVC)一般只適用于補(bǔ)償變動不快的無功功率，其使用的機(jī)械開關(guān)(接觸器)動作慢，且會產(chǎn)生諸如涌流沖擊、過電壓、電弧重燃等現(xiàn)象，開關(guān)本身和電容器都容易損壞。

第二代SVC補(bǔ)償裝置是使用晶閘管的一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償，它可使所需無功功率作隨機(jī)調(diào)整。它包含TSC型晶閘管直接投切電容器;自飽和電抗器MCR型SVC及晶閘管控制電抗器TCR型SVC。但由于其響應(yīng)速度慢、自身功耗大、占地面積大等缺陷近年來已逐步退出市場。

第三代SVG裝置突破了傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償理念，即不使用電容器、電抗器產(chǎn)生無功功率，而采用電力電子器件IGBT功率管來搭建整流和逆變電路，組成動態(tài)無功發(fā)生電源(簡稱SVG)，可對負(fù)荷實現(xiàn)雙向補(bǔ)償和連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)功率因數(shù)全程接近1。

2、SVG工作原理

SVG裝置是連接在電網(wǎng)上的電壓源逆變器，通過實時調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的相位和幅值，可改變電路吸收或發(fā)出的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償.。SVG可以等效為幅值和相位均可控制的、與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。對于理想的SVG僅改變其輸出電壓的幅值即可調(diào)節(jié)與系統(tǒng)的無功交換;當(dāng)輸出電壓小于系統(tǒng)電壓時，SVG工作于“感性”區(qū)，吸收感性無功功率(相當(dāng)于電抗器);反之SVG工作于“容性”區(qū)，發(fā)出感性無功功率(相當(dāng)于電容器)。如圖1所示，其中s和i分別為電網(wǎng)電壓和SVG輸出交流電壓。

3、SVG的系統(tǒng)構(gòu)成

①主電路。斷路器、系統(tǒng)連接變壓器(或連接電抗器)、起動電路、電壓型逆變器。

②監(jiān)測控制與保護(hù)系統(tǒng)。控制器、脈沖發(fā)生單元、脈沖分配單元、驅(qū)動與保護(hù)電路、監(jiān)測與故障診斷單元、遠(yuǎn)程后臺系統(tǒng)。

③工程結(jié)構(gòu)與冷卻系統(tǒng)。

4、SVG的方案設(shè)計

目前受電力電子器件容量的限制，為了提高裝置的容量，必須采用復(fù)雜的主電路結(jié)構(gòu)，如：器件串并聯(lián)、變壓器多重化、、多電平逆變器等，但都存在不足。國內(nèi)目前大量使用的是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，鏈?zhǔn)浇臃ㄊ且环N新型的多電平逆變器結(jié)構(gòu)，采用多種逆變器串聯(lián)，通過控制各逆變器的導(dǎo)通角，即可產(chǎn)生接近于正弦波的階梯波，三相之間可以采用三角形或星形(圖2)接法。

此接法有如下優(yōu)點：首先可直接輸出階梯波，無需多脈沖調(diào)制即可實現(xiàn)接近與正弦的電壓輸出，因此降低了器件的開關(guān)損耗;其次裝置無變壓器，進(jìn)一步降低了裝置的損耗和造價;第三，易于實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，并有利于實現(xiàn)不同容量裝置的組合;第四，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，IGBT等電力電子器件的價格將大幅下降，該方案將有一定的成本優(yōu)勢。

5、SVG控制系統(tǒng)

鏈?zhǔn)絊VG的控制系統(tǒng)總體上可分為三個控制層次：

①底層控制是實現(xiàn)鏈?zhǔn)絊VG功能的關(guān)鍵部分，由輸入、方法和輸出三部分組成。鏈?zhǔn)蕉嚯娖侥孀兤鞯妮斎胧歉鳘毩⒌闹绷麟妷涸矗渲攸c是電容電壓平衡控制;調(diào)制方法主要是脈沖寬度調(diào)制，重點是如何設(shè)計合適PWM調(diào)制方法使輸出性能良好的交流電壓，并滿足裝置損耗等要求。

在底層控制中，至少要包括脈沖同步和產(chǎn)生觸發(fā)脈沖兩部分功能，根據(jù)從電網(wǎng)取回的同步脈沖，產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同步的脈沖信號，并且據(jù)此脈沖信號產(chǎn)生一定規(guī)律的觸發(fā)脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大后去控制TGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，使SVG能產(chǎn)生正確的電壓，并與電網(wǎng)電壓保持同步，從而使SVG能正確地并網(wǎng)運(yùn)行。

②中層控制是裝置級控制，主要是控制裝置的輸出無功和電容電壓，中層控制是動態(tài)控制，重點在于設(shè)計裝置的動態(tài)控制策略，使裝置的輸出無功快速的跟蹤上層控制的無功參考值或者電流的參考值且穩(wěn)定電容電壓，并使裝置適應(yīng)各種系統(tǒng)惡劣運(yùn)行工況而安全運(yùn)行、發(fā)揮作用。

③上層控制的研究是系統(tǒng)級控制，主要以電力系統(tǒng)為研究對象，在SVG上應(yīng)用恰當(dāng)?shù)目刂评碚摚詫崿F(xiàn)電力系統(tǒng)對SVG控制目標(biāo)要求，包括：穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、阻尼系統(tǒng)振蕩、提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限、靜態(tài)穩(wěn)定極限等控制目標(biāo)。

6、結(jié)語

SVG有源產(chǎn)品克服了SVC無源產(chǎn)品的諸多弊端，并且可以勝任在任何復(fù)雜工礦條件下的無功補(bǔ)償需求，是SVC的更新?lián)Q代產(chǎn)品，SVG動態(tài)無功連續(xù)補(bǔ)償裝置必將成為今后無功補(bǔ)償?shù)闹髁鳟a(chǎn)品