MSVC与SVG在风电场中的应用比较

信 珂 汤 伟 李鹏飞 张 斌

（山东电力工程咨询院，济南 250013）

根据《风电并网运行反事故措施要点》的规定，“风电场应综合考虑各种发电出力水平和接入系统各种运行工况下的稳态、暂态、动态过程，配置足够的动态无功补偿容量”。动态无功补偿装置在维持风电场并网点电压平衡，维持电力系统暂态稳定，改善电能质量等方面起着重要的作用。目前，风电场中常用的动态无功补偿装置有MSVC和SVG两种。随着我国风电事业的大规模发展，有必要对风电场中常见的MSVC与SVG两种典型动态无功补偿装置的工作机理和特性进行比较分析，从而有利于风电场建设中对于动态无功补偿装置的选择。

1 MSVC与SVG装置介绍与原理分析

1.1 MSVC

华电内蒙古通辽代力吉风电场一期49.5MW工程（以下简称代力吉风电场工程）采用的MSVC系统接线图如1所示。该工程的MSVC装置采取的是MCR+FC的形式，装置主要包括：成套电容器组，累计安装容量26Mvar，分为2组，每个支路安装容量分别为 13Mvar；磁阀控制电抗器，额定容量为13Mvar，总补偿容量为-13～+26 Mvar。

所谓MSVC，就是采用磁控电抗器（MCR）的动态无功补偿器（SVC），MCR型电压动态无功补偿装置由 MCR电抗器、直流激磁调节单元、控制器以及监视器组成。MCR型电压动态无功补偿装置是通过改变电抗器控制回路线圈的直流电流来改变可控电抗器的工作铁心的饱和程度，从而改变电抗器的输出容量，配合并联的固定电容器组，达到平滑调节无功输出的目的[1]。

图1 代力吉风电场MSVC接线图

图2为代力吉风电场工程MCR的控制示意图，控制器通过脉冲触发器改变线圈中控制电流的大小，从而改变电抗器铁心的磁饱和度，实现可控电抗器容量的平滑调节。

图2 代力吉风电场MCR控制示意图

MSVC的电压-电流特性如图3所示，当电网参考电压 UREF下降时，MSVC的电压-电流特性随之向下调整，其运行范围是收缩的。

左右两侧边界对应的电流分别为MSVC提供的无功电流限值ICmax和ILmax，即仅有电容器组投入或仅有电抗器投入时的伏安特性曲线。

本工程的MSVC，就地装置安装两组电容器，和一组电抗器，生产综合楼继电器室内安装一面MSVC控制装置柜。

图3 MSVC电压-电流特性

1.2 SVG

华电莱州金城风电一期工程（以下简称莱州风电场工程）采用的SVG系统接线图如图4所示。此工程的静止无功发生器成套装置采取的是 SVG+FC的形式，装置主要包括：一套额定容量±10Mvar的以大功率可关断电力电子器件组成的逆变器为其核心部件的SVG成套装置，以及一套额定补偿容量为10Mvar的并联电容器组，成套补偿装置可实现-10～＋20Mvar无功功率连续可调。

图4 金城风电场SVG接线

SVG（静止无功发生器）是指采用全控型电力电子器件组成的桥式变流器来进行动态无功补偿的设备。根据其直流侧储能元件的不同，SVG分为电压桥式电路和电流桥式电路两种类型，两种结构分别采用电容和电感作为储能元件。根据控制方法的不同，SVG可分为间接控制和直接控制两大类[2]。本工程SVG采用的间接控制的电压桥式电路，其基本工作原理是 SVG通过适当调节桥式变流电路交流侧输出电压与电网电压的相角，从而调节其所发出无功的大小及性质，实现动态无功补偿的目的[3]。如图5所示，控制装置是通过MPU主控板来调节桥式电路的交流输出的。

图5 金城风电场SVG的单元桥式电路

SVG的电压-电流特性图，如图6所示，当电网参考电压 UREF下降时，补偿器的电压-电流特性随之向下调整时，SVG可以调整其变流器交流侧电压的幅值和相位，以使其所能提供的最大无功电流ICmax和ILmax维持不变。

图6 SVG 电压-电流相量图

金城风电场工程的SVG，就地装置安装一组电容器和一台连接变压器，生产楼内安装一套SVG柜（共四面柜）。SVG中隔离变压器的作用一是滤除电流中的高次谐波，二是起到将变流器和电网连接起来的作用，而且由于变压器漏抗的原因，取消了SVG支路专门的连接电抗器。

2 MSVC与SVG在工程应用中的比较

MSVC与SVG的优缺点，可通过下面几项主要指标的对比得以直观的体现。

2.1 无功补偿能力

在两个工程中，MSVC在装设共 26Mvar电容器组的情况下调节范围略微大于只装设 10Mvar电容器组的 SVG的调节范围。根据前面对 MCR和SVG的电压-电流特性比较，可看出，当电网电压下降时，补偿器的电压-电流特性向下调整时，MCR的运行范围是向下收缩的，而SVG的运行范围可以维持近似不变[4]，故在装设电容器组相当的情况下SVG的补偿范围要比MSVC大。

2.2 占地面积

代力吉风电场工程的MSVC，户外就地安装两组电容器和一组电抗器，占地面积约210m2，户内设备只需在生产综合楼内继电器室安装一面MSVC控制装置柜；金城风电场工程的 SVG，户外就地装置安装一组电容器和一台连接变压器，占地面积约145m2，户内设备需在生产综合楼内安装一套 SVG装置（共四面柜）。SVG的户外设备占地面积比MSVC的要小，但在户内设备比MSVC多，需要在生产综合楼专门设SVG阀控室，增加了部分基建费用。

2.3 响应时间

金城风电场工程的SVG的响应时间为5ms，远小于代力吉风电场工程的MSVC的20ms～200ms。响应时间长是 MCR的一个主要缺点，这是由于磁控电抗器是通过调节直流控制电流来调整电抗值的，在电流值改变调整时，电抗值趋于稳定需要一段时间，导致MSVC的响应时间要长一些。

2.4 抑制谐波能力

磁控电抗器也会在电路中产生谐波，主要为 3次、5 次和 7 次，总谐波畸变率在7%左右[5]，但MCR可通过采用绕组三角形接线的方式来消除主要的3次谐波，降低谐波畸变率，本例MSVC谐波特性≤3%。SVG不产生谐波电流，可以利用桥式电路来消除低次谐波，而且SVG可看作可控电流源，不会产生过电流，也不会出现因系统侧参数变化而导致谐波电压放大等问题[6]。本例 SVG谐波特性≤3%。虽然谐波的抑制能力差不多，但MSVC由于改变绕组接线方式，会导致电抗器装置体积的增大，增加装置的占地面积。

2.5 损耗

所有动态无功补偿装置都不可避免地存在有功损耗，其长期运行损耗不容忽视。有可控电抗器的存在，使得MSVC的损耗要比SVG的大。金城风电场工程的 SVG损耗 0.8%，代力吉风电场工程的MSVC损耗1%，按照补偿容量20Mvar，风电上网电价每度电0.5元计算，理论上最大每年SVG可以比MSVC减少损耗17余万元。

2.6 造价

目前，20MVA以下的MSVC单位价格约为120元/kvar左右，而SVG的单位价格要比SVC高约20%左右。SVG目前在性价比方面较MSVC低，但随着未来技术发展，电子功率器件的价格将会下降，因此 SVG价格的预计下降空间会比较大，而 MSVC价格的下降空间应该不大。

3 结论

MSVC技术成熟，价格低廉，具有很好的经济性，因此应用比较广泛。SVG具有响应速度快、补偿范围广、谐波污染低等优势，技术先进，是今后动态无功补偿装置的发展方向，过去对于业主来说，其技术复杂，价格较高，投运的较少，但随着技术的发展以及研发厂家的增多，在近年来风电场建设中采用SVG有增多的趋势。

在风电场无功补偿装置的选取中，应该结合风场的实际情况，在满足风电场并网无功补偿要求的前提下，进行全面经济技术比较后，选出最适合所建风电场情况的无功补偿设备并对补偿方案进行优化，从而达到投资的最优化。

[1]王玲. 基于 MCR的动态无功补偿装置的研究[D].广东工业大学: 2008:29.

[2]肖学文,文小玲.基于 Matlab的静止无功发生器的控制方法研究及仿真[J].电工材料,2007(1):47-51.

[3]庄文柳,张秀娟,刘文华. 静止无功发生器SVG原理及工程应用的若干问题[J]. 华东电力,2009(8):1295-1299.

[4]李鑫. 基于SVG技术的风力发电系统电压稳定控制研究[D]. 华北电力大学(河北): 2008:7.

[5]李春华. 磁控电抗器在变电站无功补偿中的应用[J].供用电,2008(3):41-43.

[6]陈强,黎小彬. SVG无功补偿与谐波治理装置的工程应用[J].福建电力与电工,2008(4):50-53.