节能与新能源 ＥＮＥＲＧＹ ＳＡＶＩＮＧ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮ ＥｌＲＧＹ ＳＶＧ与电容器补偿效果的比较 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＳＶＧ ａｎｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｉｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｒｅｓｕｌｔｓ 梦网荣信科技集团股份有限公司张岩（ＺｈａｎｇＹａｎ）邢金伟（ＸｉｎｇＪｉｎｗｅｉ）孙婷婷（Ｓｕｎ Ｔｉｎｇｔｉｎｇ） 摘要：传统的电容器组补偿由于响应时间慢，不能动态跟踪电网进行补偿等缺点，已经无法适应未来智能电 网的发展方向，本文￣ＳＶＧ，１３电容器组进行对比，阐述了ＳＶＧＢ９原理、技术优势和电容器组的缺点。以ＳＶＧ为代 表的新型无功补偿设备技术先进可靠，有广泛的应用市场前景。 关键字：电容器；ＳＶＧ；补偿 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａＩ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ ｉｓ ｓｌｏｗ，ｃａｎ ｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｎａｂｌｅ ｔｏ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｔｕ ｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｍａ ｒｔ ｇｒｉｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｔｒａｓｔｓ ｔｈｅ ＳＶＧ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｇｒｏｕｐ，ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＳＶＧ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ Ｏｆ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ＳＶＧ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ａ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｍａｒｋｅｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ；ＳＶＧ；Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ 【中图分类号】ＴＭ５３【文献标识码】Ｂ【文章编号】１５６１—０３３０（２０１８）０５—０６４．０３ ｌ引言 无功补偿装置在电力系统中是必 不可少的，它的主要作用是提高供配 电系统的功率因数，从而提高输电设 备和变电设备的利用率，提高用电效 率，降低用电成本；另外，在长距离 输电线路中，在合适的地点加装动态 无功补偿装置，还可以改善输电系统 是设计根据计算的平均负荷大小而确 定的，是一个不可调的固定量，通常 由电抗器和电容器串联组成，其功能 主要是补偿负荷产生的感性无功。一 法达到经济功率因数的要求，变电所 因功率因数大幅下降，而遭受巨额罚 款，固定电容器补偿还会导致空载时 电压抬升，反而恶化电压质量。 般采用机械开关控制电容器的投切， 投切时的冲击电流和操作过电压大， 易发生谐振，因此不能频繁投切。 由于固定补偿装置的补偿容量不 能随负荷而变化，“欠补”和“过补” 交替发生，计费方式又为“反转正计”， 使得变电所平均功率因数达不到０．９ 的要求，使供电设备的能力不能充分 发挥。 目前我国普遍采用的方案是在变 电所设置固定电容并联补偿。该方案 主要问题是在无负荷和轻负荷的区段， 过补偿十分突出，投入固定并联补偿 电容后，功率因数比不投时还低，无 从以上分析结论可知，变电所 采用固定补偿方案解决不了功率因数 问题，不能随负荷的无功波动随机的 调节补偿的容性无功，所以不具备抑 制谐波［２］和电压波动。要解决功率 因数问题，抑制谐波和电压波动，必 的稳定性，提高输电能力，稳定受电 端及电网的电压。 随着技术的逐步发展，越来越多 须放弃固定补偿方案，寻求新的补偿 方案。 的人选择用动态无功补偿装置代替传 统电容补偿装置。那么，就来看看传 统补偿装置与静止无功发生器（ｓｖＧ） 的对比。 ２静止无功发生器（ＳＶＧ） 所谓ＳＶＧ（ＳｔａｔｉｃＶａｔＧｅｎｅｒａｔｏｒ）， 固定无功补偿方案是补偿无功功 率的传统方法＿ｌｊ。装置具有结构简单、 经济方便等优点，其补偿无功的容量 就是专指由自换相的电力半导体桥式 变流器来进行动态无功补偿的装置。 链式ＳＶＧ拓扑结构图如图１所示。 ６４ ＴＨＥ ＷＯＲＬＤ ＯＦ ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ ＴＨＥ ＷＯＲＬＤ ＯＦ ｌＮＶＥＲＴＥＲＳ 《变频器世界》Ｍａｙ。２０１８ ３５ｋＶ、２７．５ｋＶ、ｌ０ｋＶ、６ｋＶ 运行模式 波彤ＩｆｌＩ中¨ 割 说Ｉ鲥 电抗器ｌ 载运仃 一 ＵＩ＝Ｕｓ，ＳＶＧ １、起ｆ １ 模式 补偿作川 单元 ｌｃ¨ ｕＩ＜Ｕｓ．ＳＶＧ输…的 容 运｝Ｊ Ｊ ＩＵ流 ｛｝ｌｉ，｝ ｝ ＪＩ，． Ｉ模式 ＳＶＧ ｊ｝｛感性尤Ｊ ， ｊ ｛ｂ流町连续 １ ： ● 感 ｝ｑ：ｊ五｝Ｊ Ｌ Ｌｑ儿＞Ｕｌ流衄前电ｓ．ＳＶ 电¨Ｇ输…的、． ～ 模式 ＳＶ（ｉ …锌‘ｆｑ： 功，¨＾：Ｊ ＩＵ；舵ｌ】Ｊ连 ：ｉ ＼Ｔ 图１链式ＳＶＧ拓才】、结构图 以 卡【】ＩＵ路为例，设电 电压和ＳＶＧ输出的交流电 是负载电流， 和补偿电流 之相繁 。似发负载ｌ 流 压分别』｛ＪＵ．平【ｌＵ，表永，则连接电抗上的电压 ，即为 币ＩＩ 中含有基波 序电流（包括基波止序无功【Ｕ流， 脚＋ 艰波 的卡｝１城蘑。 不汁损耗情况卜的等效电路如 ２（ａ）所示， 正序订功电流 伽＋）、基波负序电流 ¨干ｆ 】波电流 『』【 １式（２）所示。 其【乜流趟 滞后两种情况的 碹图如图２（ｂ）所爪。 ｌ 图２所，Ｊ 的等效电路中，忽ｍ｝＇连接电抗器平ＩＪ变流器的损耗， ＳＶＧ小会从｝Ｕ 吸收有功损耗，在这种情况下， ｛需使 Ｕ，与 同柑｛，仪改变 ，幅仇人小即可以控制ＳＶＧ从电 ｕ及收的【乜流足超前还足滞后， Ｉｌ能控制该电流的人小。 图３采用直接电流控制的静止无功发生器的工作原理 太＝ ＋五 （１） ＝ ＋＋ 蜥＋＋ 一十 （２） 为使电源电流 中／ｆ 含有基波Ｊ卜序尢功 基波负Ｊ ，ｔｚ 流，则需要控制ＳＶＧ输 电流，，满足式（３）。这样｝Ｕ源 电流．｝】就只含有旗波正序仃功和谐波电流， Ｉ式（４）ｌ￣）ｂＪ 。 （ａ）单相等效电路 ＝一（ ＋ 』＿） （３） 太＝ ＋＋五 （４） 所以，要想达到补偿目的，关键址控制ＳＶＧ输ｊＩ｛电 流ｉ， 满足式（３）。 从ＳＶＧ工作原理的 述可以看…，『』ＩＩ 要使ＳＶＧ 补偿无功的基础上还对负载谐波进行抑制， 需要使ＳＶＧ Ｕ浙 腿 电流滞后 输出相应的谐波电流即叮。因此，从这个意义上况，ＳＶＧ 能够同时实现补偿无功电流和谐波电流的 · 目标。 （ｂ）相量图 通过上而对ＳＶＧ原 的描述可以父ｌ】道，ＳＶＧ可以 图２ ＳＶＧ等效电路及工作原理（未计及损耗） 据负载特点和工况，［１动凋节其输…的九功功率的人小ｆ【Ｊ ＳＶＧ详细的：［作模式及其补偿特性如表ｌ所 。 性质（容性或者感性）。因此，从本顺Ｉ 卅，ＳＶＧ可以博 采川ｒ［接电流控制的仃源滤波型中压ＳＶＧ的Ｉ 作原 效为人小可以连续调节的电容或电抗器。 理 ３所，Ｊ 。从 ３·ｌ 可以 出式（１），即电源电流 ＳＶＧ是目前最为先进的无功补偿 是术，其耩 ＩＵ¨ 、、、、 、、．（’１、Ｉ６８．（（）、ｌ ６５ 节能与新能源 ＥＮＥＲＧＹ ＳＡＶＩＮＧ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ 源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它 不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力 电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲， ＳＶＧ较传统的无功补偿装置有如下优势： （１）响应时间更快 ＳＶＧ响应时间：＜５ｍｓ。 传统动补装置响应时间：＞１０ｍｓ。 ＳＶＧ可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率 到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速 度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。 （２）抑制电压闪变能力更强 传统动态补偿对电压闪变的抑制最大可达２：１， ＳＶＧ对电压闪变的抑制可以达到５：１，甚至更高。此外， 由于ＳＶＧ响应速度极快，增大装置容量可以继续提高抑 制电压闪变的能力。 （３）运行范围更宽 ＳＶＧ能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所 以比其他类型动态补偿的运行范围宽很多。更重要的是， 在系统电压变低时，ＳＶＧ还能够输出与额定工况相近的 无功电流。而其他类型动态补偿均靠电容器提供容性无功， 其输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其 输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变 弱。这是其他类型动态补偿技术上的本质缺点。 （４）补偿功能多样化 使同一套ＳＶＧ装置，可以实现不同的多种补偿功能： 单独补偿负载无功； 单独补偿负载谐波； 单独补偿负载不平衡； 同时补偿负载无功、谐波和不平衡。 所以，ＳＶＧ具有强大的补偿功能。 （５）有源滤波功能 ＳＶＧ采用了ＰＷＭ技术＿３ｌ，不仅自身产生的谐波含量 极低，还能够对负载的谐波和无功进行补偿，实现有源滤 波的功能，真正做到多功能化。 （６）占地面积较小 由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，ＳＶＧ 的占地面积通常只有相同容量其他类型动补的５０％，甚至 更小。所以，在一些厂矿改造中ＳＶＧ具有很大的优势。 ３补偿方案对比 ３．１ ＳＶＧ和电容补偿的对比表 通过以上介绍，将二者的性能列表比较如表２所示。 ６６ ＴＨＥ ＷＯＲＬＤ ＯＦ ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ 舳衄嚼目■豳 类型 电容补偿 ＳＶＧ 无功功率控制 分级 连续 灵活性 差 非常好 谐波性能 无 好 三相平衡能力 无 好 电压波动 无 非常好 闪变改善状况 无 很好 设备占地 小 小 ３．２电容器后期运行的安全隐息 （１）电容器不具备滤波功能，并且由于并补电容器 的构造与滤波电容器不同，所以若有谐波注入到其中还会 造成电容器烧毁，尤其在大电机启动瞬间，会产生大量的 谐波电流，瞬间就有可能烧毁电容器； （２）并联电容器改变了系统阻抗，设计时可以尽量 避免其与系统谐振，但由于负荷工作在不同状态，系统的 阻抗是在变化的，因此就有可能因增加了并联电容器而造 成系统产生串并联谐振，造成大规模烧毁设备ｉ （３）电容器补偿具有软特性，因为电容器的出力是 与电网电压的平方成正比的，所以当电网电压变化时，电 容器出力的变化更加明显。而且，当电网电压降低时，需 要靠容性无功来支撑电网电压，而此时电容器的出力反而 降低了，没办法有效支撑电压；反之，当电网电压升高时， 需要靠感性无功来拉低电网电压，但这时电容器的出力反 而增大了，加剧了电网的升高，使系统故障扩大。 （４）在系统正常运行的情况下，电容器还可进行正 常补偿，但当系统发生故障时，其不仅不能有效抑制系统 的故障，并且可能会扩大系统故障，扩大事故。 ４结束语 ＳＶＧ相比电容器组优势明显，无论是响应速度还是补 偿效率等。当前对电网质量的要求传统电容器组使用有很 大的局限性，以ＳＶＧ为代表的新型无功补偿设备是电能 质量领域的未来技术发展方向。 参考文献 【１］王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功补偿 ．机械工业出 版社，２００６年１月１日． ［２１中国国家标准ＧＢ／Ｔ １４５４９—９３：电能质量公用电网谐波『ｓ１．北京： 中国标准出版社，１９９４． 【３Ｊ王兆安，黄俊．电力电子技术【ＭＪ．北京：机械工业出版社，２００７ 年６月． 作者简介 张岩（１９８５一）男工程师现任职于梦网荣信科技集团股份有限 公司
