徐良凱

（浙江八達(dá)電子儀表有限公司時(shí)通電氣分公司，浙江 金華 321000）

1 概述

無功功率的存在嚴(yán)重威脅電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定及安全運(yùn)行，無功功率補(bǔ)償已經(jīng)成為衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，靜止無功發(fā)生器（SVG），作為一種新型的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，運(yùn)行過程中不僅達(dá)到精確的無功補(bǔ)償效果，而且具有響應(yīng)速度快、控制精度高、可動(dòng)態(tài)連續(xù)無極補(bǔ)償、能實(shí)現(xiàn)雙向無功輸出，對(duì)負(fù)序電流有一定抑制作用、三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)等優(yōu)越性能，其應(yīng)用可解決傳統(tǒng)的電容器或者電容器+電抗器為主要代表的傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置投切響應(yīng)速度慢、容易發(fā)生投切震蕩和并聯(lián)諧振、補(bǔ)償效果欠佳等缺點(diǎn)，SVG在動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方面有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

靜止無功發(fā)生器（SVG）可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的配電網(wǎng)中，如：電力系統(tǒng)、充電站、電解電鍍企業(yè)、水處理設(shè)備、石化企業(yè)、大型商場(chǎng)及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機(jī)械加工、機(jī)場(chǎng)港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。將靜止無功發(fā)生器（SVG）安裝在負(fù)荷附近，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康模瑢?huì)有力改善電能質(zhì)量，降低線路損耗，實(shí)現(xiàn)保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)不同行業(yè)，介紹了無功功率容量的三種計(jì)算方法。為了方便廣大用戶的選型，文章特別針對(duì)靜止無功發(fā)生器（SVG）的設(shè)計(jì)方案選型進(jìn)行了著重介紹。

2 靜止無功發(fā)生器（SVG）的工作原理

靜止無功發(fā)生器（SVG）是指以無功補(bǔ)償為主，兼顧諧波補(bǔ)償功能，通過檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象中的電壓和無功電流，通過其控制系統(tǒng)經(jīng)指令進(jìn)行閉環(huán)電流運(yùn)算，驅(qū)動(dòng)PWM變流器的功率器件(IGBT)，放大補(bǔ)償電流，從而使SVG輸出與用戶設(shè)備中大小相等、方向相反的無功電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)臒o功電流抵消，達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康??？梢詫?shí)時(shí)補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率與電流不平衡、抑制電壓閃變等常見的電能質(zhì)量問題，保證工礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。

3 靜止無功發(fā)生器（SVG）的主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）極速響應(yīng)時(shí)間。靜止無功發(fā)生器（SVG），整套裝置從采集補(bǔ)償信號(hào)到裝置輸出的全響應(yīng)時(shí)間可在一個(gè)周波內(nèi)完成，響應(yīng)時(shí)間小于5 ms，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于50 μs，從而實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償，特別時(shí)候負(fù)荷快速變化的場(chǎng)合。尤其對(duì)于如大功率沖擊式破碎機(jī)、點(diǎn)焊機(jī)等沖擊性負(fù)荷現(xiàn)場(chǎng)，完全可以快速補(bǔ)償無功功率，解決了接觸器等機(jī)械式開關(guān)投切電容器所帶來的欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償?shù)膯栴}。

（2）雙向無功輸出。傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置采用電容器、電抗器等組成補(bǔ)償支路，只能提供感性無功，而不同容性或者感性負(fù)載可能在系統(tǒng)呈現(xiàn)容性、感性無功反復(fù)變化的狀態(tài)，傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置對(duì)于容性無功失去補(bǔ)償效果。如鋰電池充電設(shè)備呈容性，民用建筑中在變壓器輕載或空載的情況下，供電電纜的分布電容致使負(fù)載呈容性。傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置難以滿足。SVG可動(dòng)態(tài)雙向無功輸出，在（-1~1）連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，既可補(bǔ)償感性負(fù)載，又可補(bǔ)償容性負(fù)載。對(duì)于任何感性、容性負(fù)載，都可實(shí)現(xiàn)有效補(bǔ)償，可使系統(tǒng)功率因數(shù)最大可達(dá)0.99。

（3）濾波功能。在民用電器設(shè)備，工業(yè)電氣設(shè)備中，大量整流變流設(shè)備的使用，對(duì)電網(wǎng)造成較大的污染。嚴(yán)重的情況，一臺(tái)諧波源會(huì)影響到其他電器（氣）設(shè)備的正常運(yùn)行。SVG具有一定的濾波功能，能夠?yàn)V除2~13次諧波。其濾波容量不大于額定輸出容量的50%。

（4）三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)。民用中，在配電臺(tái)區(qū)和小區(qū)供電，由于存在大量單相負(fù)荷，致使在運(yùn)行中三相負(fù)荷不平衡。工業(yè)負(fù)荷中，如電焊機(jī)，點(diǎn)焊機(jī)較多的機(jī)械加工行業(yè)。由于目前設(shè)備供電大多采用兩線制供電，負(fù)荷呈現(xiàn)變化速度快、三相電流不平衡的特點(diǎn)。長(zhǎng)期運(yùn)行不僅造成能源消耗，同時(shí)對(duì)變壓器的長(zhǎng)期、安全、可高運(yùn)行帶來隱患。SVG不僅具有快速無功補(bǔ)償功能同時(shí)具有三相不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，保證變壓器器出口至安裝點(diǎn)的不平衡度≤2%。

（5）無功容量連續(xù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)補(bǔ)償。傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置采用固定容量電容器分組投切補(bǔ)償方式，每組電容器容量決定了投入或切除容量大小，容易過補(bǔ)或者欠補(bǔ)，不能實(shí)現(xiàn)斷續(xù)補(bǔ)償。SVG能實(shí)現(xiàn)無功容量連續(xù)調(diào)節(jié)與平滑輸出，實(shí)現(xiàn)無極補(bǔ)償，保證快速補(bǔ)償和全程的高功率因數(shù)運(yùn)行，穩(wěn)定電壓，最大程度實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

（6）傳統(tǒng)采用電容器補(bǔ)償，電容器為固定容量分組補(bǔ)償，階梯式無功輸出，易過補(bǔ)或欠補(bǔ)，補(bǔ)償容量有級(jí)差，會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償盲區(qū)，導(dǎo)致補(bǔ)償精度不高，難于達(dá)到與系統(tǒng)功率因數(shù)完全平衡。由于固定容量分組補(bǔ)償，可能出現(xiàn)投入一組電容器后出現(xiàn)過補(bǔ)，不投入又出現(xiàn)欠補(bǔ)，因此電網(wǎng)中總會(huì)殘留一部分無功功率無法補(bǔ)償，無功功率增加了電能損耗，提高了運(yùn)行成本，造成了資源浪費(fèi)，取得的經(jīng)濟(jì)效益較低。在變壓器輕載或空載的情況下，傳統(tǒng)補(bǔ)償方式易出現(xiàn)欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償現(xiàn)象。SVG具有連續(xù)可調(diào)補(bǔ)償輸出，極好的解決了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償臺(tái)階式補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。

（7）體積小，靈活組合，壽命長(zhǎng)。SVG采用模塊化設(shè)計(jì)，可采用柜式或者壁掛式安裝，安裝過程簡(jiǎn)單，工作量小。SVG能實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償，無需設(shè)置大容量大體積的電容器電抗器做儲(chǔ)能元件，占地面積小，比相同容量其他類型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捏w積小50%及以下。 傳統(tǒng)無功補(bǔ)償受系統(tǒng)電壓影響大，隨電壓升高，補(bǔ)償容量減小，而SVG采用有源型補(bǔ)償電路，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償容量受系統(tǒng)電壓影響較小。隨著系統(tǒng)電壓變化時(shí)，SVG補(bǔ)償回路能夠輸出與額定工況相近的無功電流，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

SVG是免維護(hù)低損耗產(chǎn)品，不存在諧振過電壓的問題，設(shè)計(jì)命(MTBF大于10×104小時(shí))在十年以上。

4 靜止無功發(fā)生器（SVG）選型方法

（1）容量確定，靜止無功發(fā)生器（SVG）容量選型的方法有三種：

第一種：計(jì)算法，無功補(bǔ)償容量應(yīng)根據(jù)用戶的自然功率因數(shù)計(jì)算后確定。

根據(jù)不同類型的負(fù)載的各自容量如果有詳細(xì)資料：如變壓器容量（S），未補(bǔ)償時(shí)的自然功率因數(shù)（cosφ1）和需要補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)功率因數(shù)（cosφ2）則可直接計(jì)算出實(shí)際所需補(bǔ)償補(bǔ)償容量Qc=S＊（tanφ1- tanφ2）

第二種：查表法，無功補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)表查詢。

對(duì)于已經(jīng)明確無功功率負(fù)載大小的企業(yè)。在計(jì)算無功補(bǔ)償容量時(shí)，可以根據(jù)無功補(bǔ)償查詢表，提供補(bǔ)償前后的功率因數(shù)，得出系數(shù)，乘以有功功率即可。通過計(jì)算得出的補(bǔ)償容量，是企業(yè)所需的補(bǔ)償容量，我們需要留一部分安全裕量，供后期擴(kuò)建項(xiàng)目時(shí)使用。

第三種：估算法，當(dāng)不具備設(shè)計(jì)計(jì)算條件時(shí)， 根據(jù)變壓器總?cè)萘抗浪?，可以根?jù)變壓器總?cè)萘康?0%~40%，來估算企業(yè)所需的補(bǔ)償容量值。比如負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，那么就大一點(diǎn)40%。如果是公變，那么就小一點(diǎn)20%。

（2）靜止無功發(fā)生器（SVG）方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的選擇：對(duì)于配電網(wǎng)，根據(jù)運(yùn)行實(shí)際情況選擇靜止無功發(fā)生器（SVG）采用集中補(bǔ)償還是就地補(bǔ)償；SVG額定電壓等級(jí)與頻率要與電網(wǎng)系統(tǒng)一致，靜止無功發(fā)生器（SVG）產(chǎn)品覆蓋30~100 kvar，一般容量有30 kvar、50 kvar、75 kvar、100 kvar這幾種規(guī)格，可搭配選用。

用戶對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性與電能質(zhì)量的要求較高，需要實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償，特別時(shí)候負(fù)荷快速變化的小容量補(bǔ)償場(chǎng)合。可選用純靜止無功發(fā)生器（SVG）進(jìn)行無功功率補(bǔ)償；國(guó)內(nèi)的無功補(bǔ)償裝置基本上是采用電容器或者電容器+電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償，通過無功功率控制器和復(fù)合開關(guān)投切電容來實(shí)現(xiàn)固定容量分組補(bǔ)償，補(bǔ)償精度不高，補(bǔ)償后的功率因素一般在0.8~0.9。SVG無功補(bǔ)償裝置采用的是有源型補(bǔ)償電路進(jìn)行無功補(bǔ)償，無功容量無極連續(xù)調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度快，補(bǔ)償精度高，實(shí)現(xiàn)無級(jí)補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因素一般可達(dá)0.99。同時(shí)SVG無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行中不產(chǎn)生諧波，能消除一部分的諧波，減少諧波損耗，降低諧波污染公用電網(wǎng)，節(jié)約電能，如圖1。

用戶對(duì)于電網(wǎng)無功補(bǔ)償容量較大，又需要能夠快速響應(yīng)而進(jìn)行調(diào)節(jié)無功功率，可以選用智能電容器補(bǔ)償裝置和靜止無功發(fā)生器（SVG）組合補(bǔ)償方案。靜止無功發(fā)生器(SVG)用于調(diào)節(jié)三相不平衡和快速無功補(bǔ)償，智能電容器用于無功補(bǔ)償，運(yùn)行過程中，智能電容器補(bǔ)償大容量固定負(fù)載無功，SVG 能根據(jù)采樣電流互感器反饋的補(bǔ)償狀態(tài)，快速調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償容量，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)男Ч饶軐?shí)現(xiàn)快速響應(yīng)補(bǔ)償，又彌補(bǔ)SVG補(bǔ)償容量不足的情況。從安全和經(jīng)濟(jì)成本方面考慮，智能電容器補(bǔ)償裝置和靜止無功發(fā)生器（SVG）組合補(bǔ)償方式可按補(bǔ)償總?cè)萘康?0%和30%來組合。

（3）SVG+電容補(bǔ)償方案（圖2）。

（4）SVG+電容補(bǔ)償控制回路組成。靜止無功發(fā)生器（SVG）補(bǔ)償系統(tǒng)由控制器、SVG模塊和通用LC補(bǔ)償模組組成，實(shí)現(xiàn)了兩者的完美結(jié)合，既減少了成本，又基本實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч?。補(bǔ)償后的功率因素一般在0.98以上，同時(shí)無過補(bǔ)，無欠補(bǔ)情況，全響應(yīng)時(shí)間小于15 ms，暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間為5 ms。同時(shí)SVG自身?yè)p耗小，壽命長(zhǎng)，使用壽命十年以上，能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，模塊化設(shè)計(jì)，多種容量選擇，方便并聯(lián)擴(kuò)容。

（5）傳統(tǒng)無功補(bǔ)償與SVG結(jié)合的優(yōu)越之處。傳統(tǒng)無功補(bǔ)償與SVG結(jié)合，傳統(tǒng)無功補(bǔ)償采用的是慢速開關(guān)器件，通過無功功率控制器對(duì)電容器分組投切，投切容量受限于每組電容器容量，階梯式無功輸出，存在級(jí)差，投切響應(yīng)速度慢，無功補(bǔ)償精度低。SVG采用的是由有源型補(bǔ)償電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流的方式，能無極補(bǔ)償，投切響應(yīng)速度快，無功補(bǔ)償精度高。如果出于經(jīng)濟(jì)性考慮，采取50 kvar或100 kvar的SVG進(jìn)行盲點(diǎn)覆蓋，實(shí)現(xiàn)無級(jí)投切，剩余補(bǔ)償部分采用智能電容器分組投切完成，既能保證無功補(bǔ)償?shù)钠交肚?，解決級(jí)差問題，又能控制成本，即SVG+TSC的方式。如圖3。

（6）無功補(bǔ)償方式比較，見表1。

表1 三種無功補(bǔ)償方式比較表

5 結(jié)束語

靜止無功發(fā)生器（SVG）作為一種新型的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，運(yùn)行過程中不僅達(dá)到精確的無功補(bǔ)償效果，而且具有響應(yīng)速度快、控制精度高、可動(dòng)態(tài)連續(xù)無極補(bǔ)償、能實(shí)現(xiàn)雙向無功輸出，對(duì)負(fù)序電流有一定抑制作用、三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)等優(yōu)越性能。傳統(tǒng)無功補(bǔ)償與SVG結(jié)合使用，即可彌補(bǔ)精度的問題，而且響應(yīng)速度快，節(jié)約成本，可大力推廣使用。