魏秀江

摘 要： 本文主要研究光伏電站并網無功補償裝置SVG（靜止無功補償器），通過介紹SVG的工作原理、基本電路結構，并且建立SVG的數學模型，利用具體的模型及理論公式重點分析SVG（靜止無功補償器）及其應用。

關鍵詞： 光伏電站；SVG；數學模型；無功補償

1.SVG（靜止無功補償器）

在光伏電站應用中，由于線路阻抗因素的存在，有功輸出增加將導致并網電壓的幅值降低甚至越限，降低了并網電壓穩(wěn)定性。因此，光伏電站在輸送有功功率的同時，需要輸送一定的無功功率來抑制由于有功輸出變化導致的并網電壓幅值波動及越限。

光伏電站的無功控制效果取決與其無功輸出能力。設每臺并網逆變器的額定功率為Pmax，每臺并網逆變器輸出的有功功率為Pj，其發(fā)出（感性）或吸收（容性）的無功功率能力可表示為由于光伏并網逆變器自身額定功率即視在功率的限制，并網逆變器有功輸出的增加必然導致無功容量的降低。在一定程度上，光伏電站所需的無功功率是隨著有功輸出的增加而增加的，光伏電站在光照強度最大輻射條件下，并網逆變器的無功輸出能力搜到限制，因此對于光伏電站除了并網的無功輸出能力之外，還需要額外配置無功補償裝置。

SVG（靜止無功補償器），廣泛應用于光伏電站作為無功補償設備。SVG 核心技術是基于可快速導通和關斷的半導體器件 IGBT和脈沖寬度調制技術，構造三相全控橋式整流逆變電路，交流側經電抗與電網相連。

目前SVG（靜止無功補償器）一般采用電壓源型，具有較快的響應速度，且易于實現。SVG的基本原理是將電壓源型逆變器，經過電抗器并聯在電網上。電壓源逆變器包含直流電容和逆變橋兩個部分，其中逆變橋由可關斷的半導體器件IGBT組成。

通過調節(jié)IGBT器件的開關，可以控制直流逆變到交流電壓的幅值和相位。通過改變SVG交流側輸出電壓的幅值及相對于電網電壓的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網吸收電流的相位和幅值，實現無功的就地平衡，保持系統能夠實時的高功率因數運行。

SVG并網接入電力系統，運行過程中涉及交流環(huán)節(jié)和直流環(huán)節(jié)。交流環(huán)節(jié)主要于電網系統向連接；直流環(huán)節(jié)是SVG將交流電能變換為直流，將其保存至儲能元件內，以及直流側電壓經過變流器轉換為交流電壓電流送至電網系統。由于SVG采用的橋式變流器，它可以看作是一個可調的電壓或電流源。

目前SVG的基本電路結構分為電壓型橋式電路結構和電流型電路結構兩種，如圖所示：

電壓型橋式變流電路結構和電流型橋式變流電路結構都是并聯于系統中，主要區(qū)別就是直流側的儲能元件不同，電壓型橋式變流電流采用的是電容器做為儲能元件，可將其看作是電壓源；電流型橋式變流電路采用的是電感做為儲能元件，可將其做為電流源，兩種都是通過橋式變流器調節(jié)無功功率輸出

SVG屬于電源型逆變裝置，接入系統不會改變阻抗特性，并且可以調整逆變側輸出的電壓相位及幅值可抑制相應的諧波；當三相電力系統中出線負載不平衡時，在系統中將出線負序電流，其與公共功率一樣對電力系統穩(wěn)定性產生很大影響，SVG具有補償電力系統中不平衡負載情況下負序電流的功能。

2. SVG 的數學模型及分析

利用輸入輸出建模方法來建立SVG的數學模型，SVG的三相等效電路如圖所示，首先假設R為SVG中橋式變流器導通電阻及各種線路損耗總和，X為連接電抗器。僅考慮基波時的變流器交流側輸出電壓為

（1-1）

式中 K為比例系數；δ為SVG交流側輸出電與電網電壓相位差；UC為SVG逆變側輸出相電壓有效值。假設電網電壓有效值為US，則三相電網電壓為

（1-2）

根據基爾霍夫電壓定律可以得出SVG裝置的三相回路方程

（1-3）

直流側電容電壓的動態(tài)方程為

（1-4）

由以上公式相結合，整理后可得SVG時域輸入輸出數學模型

（1-5）

由以上方程可知，δ為定值時微分方程各個變量都與三相電流和SVG主流側電壓有關。根據瞬時功率理論，可得出穩(wěn)態(tài)功率為

（1-6）

且由于δ只在正負幾度變化，而且變化范圍很小，所以

（1-7）

綜合以上可見，SVG的穩(wěn)態(tài)輸出無功功率與δ成正比，當δ<0時，SVG發(fā)出無功功率為負，為感性無功；當δ>0時，SVG發(fā)出無功功率為正，為容性無功；當δ=0時，SVG不發(fā)出無功功率，系統平衡。

參考文獻

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