基于SVG技术的变电站无功补偿的研究与应用

国网浙江省电力有限公司杭州市余杭区供电公司 胡 杨

某公司就新型动态无功补偿装置SVG 在电气自动化中的应用进行了研究，并详细介绍了其工作原理和实现方法。基于变电站动态无功补偿装置SVG 的实际应用结果表明，该应用功能可有效解决电气自动化控制的稳定性和精准度，提升了区域电网的安全性与经济性。

1 无功补偿技术概述

电网的无功补偿是通过调整电力系统内无功功率的分配来实现的。这是为了提高电力系统的功率因数，并改善电力系统的电压质量、减少有功损耗、降低电网运输成本。电网的无功补偿应该综合考虑电力系统的实际情况，补偿容量和补偿因数的选择需要满足电力系统对功率因数和电压质量的要求，并且能够高效地减少有功功率和电网线路的损耗。通常补偿因数在0.95～1可满足大多数电力系统的需求。

传统无功补偿技术主要是利用发电机机组向电网注入无功功率，来控制连接点的电压波动，确保电力系统的安全性和稳定性。在电力系统运行过程中，传统无功补偿技术通常应用固定电抗器或电容器，好处在于投资成本低、操作简单，但由于电容器合闸时易出现过电压，无法有效多次进行投切，从而使得动态补偿效果达不到理想水平[1]。

相比之下，动态无功补偿技术主要涉及使用能够实时响应电力系统需求的电力电子器件，例如静止无功补偿器或静止同步补偿器。这些装置能够根据电压、电流或频率等参数的变化，快速地调整电力系统的无功功率，并提供所需的无功电流，是一种高级的无功补偿方法，通过对无功功率、负序电流、谐波等进行补偿，最大程度地减少电网的电能损耗，提高供电质量，以保持电力系统的稳定运行。

表1 SVG 的三种运行模式

通过动态无功补偿技术，可以实现以下优势：快速响应能力。动态无功补偿器可以快速调整无功功率，对电力系统的电压和功率稳定性起到积极作用；灵活性。动态无功补偿技术可以根据实际需要进行灵活控制，以满足电力系统在不同运行条件下的无功补偿需求；动态稳定性。动态无功补偿器可在电力系统发生故障或变化时提供稳定的无功功率，提高电力系统的动态稳定性；提高电力质量。动态无功补偿技术可减少电力系统中的无功电流引起的电压波动和电网损耗，从而改善电力质量。

1.1 动态无功补偿装置SVG

某公司研究的动态无功补偿装置SVG 采用链式换流器又称为链式SVG，代表着电力系统无功补偿技术的新发展方向。该装置能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制。SVG 设备通过将电压源型逆变器经过电抗器并联在电网上，在直流电容的工作过程中，通过调节逆变桥中的开关器件（例如IGBT），可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位。通过检测系统中所需的无功功率，实现无功功率的平衡，从而保持系统的高功率因数运行。

图1 SVG 成套装置连接原理图

SVG 成套装置由控制部分、功率部分、启动部分及冷却系统组成。该装置通过连接电抗器来实现电网和SVG 装置之间的功率交换，其输出通过连接电抗器并联到系统侧，可以抑制交流侧的高次谐波、限制暂态不平衡故障下的SVG 负序电流、限制短路电流上升率和峰值。这些特性使得链式SVG 在电力系统中具有重要的应用价值，可有效提升电力系统的性能和稳定性。

SVG 装置冷却系统采用密闭水冷却系统。通过水冷板将IGBT 产生的热量交换至冷却介质中，冷却介质在泵的压力作用下沿管路流经换热器，并通过户外水风换热器实现第二次热量交换降低冷却介质温度，冷却后的介质再次流回SVG 阀组部分，循环工作。

图2 SVG 成套装置水冷却系统原理图

1.2 SVG 装置的运行状态

SVG 装置带电时，运行在六种工作状态：检修、待机、充电、运行、跳闸、放电。各状态说明和转换关系如下。

检修状态：控制电源接通后，装置可进入检修状态；待机状态：装置主电上电后立即进入待机状态，然后进行自检。就绪情况下，装置收到启动命令可直接合上开关，开关合位后即转入充电状态；预充电状态：装置的直流电容正在充电，由于装置为自励启动，开关闭合表示SVG 进入了充电状态。若在开关闭合后直流电压充电到超过直流设定值，则自动闭合启动开关以短路充电电阻，启动开关闭合后延时一段时间自动转入并网运行状态；运行状态：装置处于并网运行的工作状态，可以在各种控制策略下输出电流，达到补偿无功、负序或谐波的效果；跳闸状态：装置正在执行跳闸指令。一进入跳闸状态，装置就立刻发跳闸命令。检测到开关断开后进入放电状态；放电状态：装置正在放电。开关断开，直流电容将缓慢下降直至为0。

1.3 SVG 装置控制保护可实现功能

SVG 装置由控制部分可实现多种控制功能，并在发生故障时实现对装置的跳闸保护，见表2。

表2 SVG 装置控制部分可实现功能表

1.4 SVG 装置日常巡视内容

SVG 装置需要定期进行巡视维护，从而更好地保障工作运行状态，可从下述方面进行维保。

检查控制器上遥测、遥信数据是否正常，是否有异常告警；检查成套装置运行时有无异常声响、振动。检查控制柜面板上的信号灯指示是否正确；检查电抗器有无渗漏油现象，温度是否过高；检查冷却系统是否正常运转，冷却水流量、检查供水回水压力是否正常；检查电机如主循环泵噪声、温度等，检查进出水口密封处是否泄漏，连接是否震动。

检查管道连接处有无移动、错位，检查柜设备底部有无水渍，检查电气柜散热滤网是否有污垢，并及时清理，确保进风良好，检查补水箱液位，低位时及时补水；SVG 成套装置网门内属高压危险区域，在高压通电情况下绝对不能打开柜门进行作业。停电15min 后，待内部电容放电完毕，方可打开网门进入；禁止在主电路有电时断开风扇和散热系统电源，这样会导致过热损坏装置；巡视时检查室内温度、湿度、通风情况，注意室内环境温度不应超过40℃，如超过40℃，应采取降温措施，环境相对湿度不超过75%，如超过75%应增加除湿措施。

2 SVG 无功补偿策略及SVG 装置控制保护策略应用

SVG 在电网中的无功补偿策略具有多样化，包括基于电压调整、基于电流调整、基于功率因数控制和基于谐波滤波。

基于电压调整的策略：SVG 根据电力系统的电压波动来调整无功输出，以稳定电网电压。当电压下降时，SVG 提供额外的无功电流来提高电压；当电压升高时，SVG 则减少无功输出；基于电流调整的策略：SVG 根据电力系统的负载情况和功率因数要求来调整无功输出，以维持系统功率因数在合适范围内。通过测量电流的波形和谐波成分，SVG 可以动态地调整无功补偿来满足系统对无功电流的需求。

基于功率因数控制的策略：SVG 根据设定的功率因数目标来调整其无功输出，以改善系统的功率因数。当功率因数低于设定值时，SVG 提供额外的无功电流来提高功率因数；当功率因数高于设定值时，SVG 减少无功输出以降低功率因数；基于谐波滤波的策略：通过控制SVG 的谐波滤波器，可有选择地补偿特定的谐波成分，从而减少谐波对电力系统的影响[2]。

综合考虑电力系统的需求，上述策略可根据实际情况进行组合和调整，以达到最佳的无功补偿效果。具体的策略选择需要根据电力系统的特点、负载情况和运行要求来确定。某公司研究应用的SVG装置有恒无功控制、恒电压控制、恒电流控制、恒功率因数控制、恒系统无功控制等多种策略，也可进行组合调整策略，具体的应用策略需要结合电力系统的运行情况和要求，进行选择和优化。

某公司研究的SVG 装置主要应用于变电站内，可用于主变压器的无功补偿，在其输入端提供相应的无功补偿。SVG 可被用来快速响应主变压器输入端的无功功率需求，并在瞬间提供所需的无功电流补偿。也可控制无功功率的流入或流出，以维持电力系统母线的电压稳定。当电压发生波动或下降时，SVG 能够快速响应，并提供适当的无功电流，使电压始终保持在合理的范围内。同时，SVG 装置可以抑制非线性负载和谐波，变电站中存在一部分非线性负载，导致电力系统中的谐波问题日益突出。SVG 内置的谐波抑制功能可以抑制电力系统中的谐波，以保护设备和电网不受谐波的影响。

浙江某变电站在原单一由电容器进行无功补偿基础上进行改造，安装一台SVG 装置，通过恒无功控制和恒电流控制的组合调整策略，实现站内电网功率因素动态调节，达到无功偏移量不会越限的目标，见表3。

表3 浙江某电站SVG 装置间隔无功补偿情况

现场实际应用说明，采用SVG 动态补偿装置的变电站可有效地优化电力系统的无功补偿模式，并提高电力系统的供电质量。通过系统无功控制的协同运行，电力系统的功率分配更加合理，降低了电网运行的风险。某公司提出的SVG 装置应用在变电站中主要是用于电力系统的无功补偿和电压稳定控制，以及解决电力系统的质量问题。

3 结语

SVG 作为一种高性能的无功补偿设备，响应速度较快，能够在毫秒级别内完成对无功功率的补偿，具有较高的无功功率密度，能够在较小的体积内提供较大的无功功率。此外，SVG 还具有较高的效率和较低的谐波发生率，对电力系统的影响较小。某公司研究介绍了基于SVG 技术的变电站无功补偿运行方式，并验证了其在电力系统中的应用性能。通过实际应用，证明了SVG 装置的优越性和可行性，可在一定程度上提高了电力系统的稳定性和可靠性，在电力系统中具有广泛的应用前景。