靜止無功發(fā)生器SVG技術說明

　　在有色金屬冶煉加工企業(yè)中，供電的質量指標、電網(wǎng)運行的安全可靠性和經(jīng)濟性是最根本的問題。近年來，隨著有色冶煉加工企業(yè)的發(fā)展，有色金屬冶煉加工設備尤其是軋制設備趨向設備大型化、大容量、數(shù)字化、智能化，由電力電子器件構成的各種交交變頻、交-直-交變頻、軟啟動以及新型的直流傳動調速等產(chǎn)品在有色金屬軋制設備系統(tǒng)中普遍應用。這些技術在給有色金屬加工企業(yè)帶來各種益處的同時，也對有色金屬加工企業(yè)的供電質量提出了更高的要求，另外，這些技術在使用的同時也會對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。此外，有色金屬軋制生產(chǎn)的一些特定工況，例如軋機咬坯、設備頻繁啟停變速等也會對供電系統(tǒng)帶來很大影響。因此，有色金屬冶煉加工系統(tǒng)的電能質量均必須治理。相比較傳統(tǒng)無源濾波器或SVC作為最先進動態(tài)無功補償裝置的代表，靜止無功發(fā)生器SVG有著巨大技術優(yōu)勢和應用市場。由此針對靜止無功發(fā)生器SVG的技術進行一些探討，以讓更多的人了解這項產(chǎn)品及其特點。

　　從SVG工作原理的描述可以看出，如果要使SVG在補償無功的基礎上還對負載諧波進行抑制，只需要使SVG輸出相應的諧波電流即可。因此，從這個意義上說，SVG能夠同時實現(xiàn)補償無功電流和諧波電流的雙重目標。

　　1.4 SVG與SVC的比較

　　通過上一節(jié)對SVG原理的描述可以知道，SVG可以根據(jù)負載特點和工況，自動調節(jié)其輸出的無功功率的大小和性質(容性或者感性)。因此，從本質上講，SVG可以等效為大小可以連續(xù)調節(jié)的電容或電抗器。

　　SVG是目前最為先進的無功補償技術，其基于電壓源型變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式質的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關實現(xiàn)無功能量的變換。從技術上講，SVG較傳統(tǒng)的無功補償裝置有如下優(yōu)勢：

　　響應時間更快。SVG響應時間小于等于1ms;傳統(tǒng)靜補裝置響應時間大于等于5ms;SVG可在極短的時間之內完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉換，這種無可比擬的響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。

　　抑制電壓閃變能力更強。SVC對電壓閃變的抑制最大可達2:1，SVG對電壓閃變的抑制可以達到5:1，甚至更高。SVC受到響應速度的限制，其抑制電壓閃變的能力不會隨補償容量的增加而增加。而SVG由于響應速度極快，增大裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。

　　運行范圍更寬。SVG能夠在額定感性到額定容性的范圍內工作，所以比SVC的運行范圍寬很多。也就是說，當SVC需要在正負全范圍運行時，需要TCR和FC配合使用，整個裝置損耗較大，占地面積也較大。更重要的是，在系統(tǒng)電壓變低時，SVG還能夠輸出與額定工況相近的無功電流。而SVC輸出的無功電流與電網(wǎng)電壓成正比，電網(wǎng)電壓越低，其輸出的無功電流也越低，所以對電網(wǎng)的補償能力也相應變弱。這是SVC技術本質的缺點。

　　補償功能多樣化。使同一套SVG裝置，可以實現(xiàn)不同的多種補償功能：單獨補償負載無功;單獨補償負載諧波;單獨補償負載不平衡;同時補償負載無功、諧波和不平衡。所以，SVG具有強大的補償功能。

　　諧波含量極低。主流SVG采用了PWM技術、多電平技術和多重化技術，不僅自身產(chǎn)生的諧波含量極低，還能夠對負載的諧波和無功進行補償，實現(xiàn)有源濾波的功能，真正做到多功能化。而TCR和TSC自身均要產(chǎn)生很大的諧波電流，所以還需要安裝相應的FC濾波裝置，增加了額外的成本。

　　占地面積較小。由于無需大容量的電容器和電抗器做儲能元件，SVG的占地面積通常只有相同容量SVC的50%，甚至更小。所以，在一些廠礦改造中SVG具有很大的優(yōu)勢。

　　2 SVG系統(tǒng)的組成及控制原理

　　2.1當前主流SVG系統(tǒng)拓撲結構(示例)

　　常見的SVG拓撲結構有包括兩電平方案和多電平方案。其中兩電平方案有簡單的三相橋式結構-低壓和IGBT串聯(lián)的三相橋式結構-中壓、高壓兩種結構;多電平方案有二極管嵌位變流器、飛跨電容變流器、H橋串聯(lián)結構(鏈式結構)和多重化四種方式。

　　2.4 恒無功控制，保證功率因數(shù)及抑制電壓波動

　　SVG連接到系統(tǒng)中，通過控制SVG輸出電流的幅值與相位來決定從SVG輸出的無功的性質與大小QSVG，SVG輸出的無功與系統(tǒng)負荷無功相抵消，只要Qs(系統(tǒng))=QL(負載)-QSVG=恒定值(或0)，功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動。最重要的是精確計算出負載中的瞬時無功電流。采集的進線電流及母線電壓經(jīng)運算后得出要補償?shù)臒o功功率，計算機發(fā)出觸發(fā)脈沖，光纖傳輸至脈沖放大單元，經(jīng)放大后觸發(fā)IGBT或IGCT，獲得所補償?shù)臒o功電流。

　　3 SVG實際應用

　　中達在某銅礦閃速爐6KV配電系統(tǒng)上應用了二套高壓多電平-H橋串聯(lián)(鏈式結構)的SVG，系統(tǒng)功率因數(shù)始終穩(wěn)定在0.97，電壓波動問題基本消除，諧波含量符合國標。配電系統(tǒng)電能質量顯著改善，節(jié)能效果明顯。為中高壓配電系統(tǒng)電能質量治理打下了堅實基礎，為新技術、新產(chǎn)品的應用寫下了新篇章，值得大力推廣。