一、引言
随着社会经济的高速发展和生活水平的提高，人们对电能质量及可靠性的要求日益增高，而电力系统一直面临着如何最大限度发挥输电线路的设计容量及运行稳定性的两大难题。随着工业的迅猛发展和电子电力技术的应用普及，非线性负载、谐波污染使电网使电网无功损耗增加以及端电压下降，不仅使电网的传输利用率大大降低而且严重影响电网运行稳定性和供电质量。
例如，冶金行业负载像轧机、电焊、炼钢电弧炉在运行中会引起供电电压波动畸变，无功功率随时间快速变化，三相不平衡、谐波含量超标；电气化铁路、矿井提升机等非线性负载在运行时也会引起无功功率的波动和电能质量的恶化。

二、无功功率补偿的重要性
交流功率有两种：有功功率和无功功率。有功功率是可以转化为其他形式能量可被利用的有效功率。无功功率是建立交流电磁场而需的功率，无功功率的存在会使功率因数降低，视在功率增大，从而增加发电、输电设备的容量，增加电力投资、输电损耗和运营费用。输电线路压降变大，不利于电力输送的合理应用。

三、无功功率补偿装置的分类
由于无功功率对电网的影响，早期在电力系统中，采用的传统无功补偿装置有同步调相机、并联电容器装置以及电抗补偿器。但这些补偿措施常适用于稳定负载类型，对于冲击性负载造成的电压闪变和谐波污染的治理则效果不佳。（在负载变化时容易出现投切频繁和谐波放大等问题），随着半导体技术的广泛应用， SVG（STATCOM）的出现解决了这个问题。
 

                                                                      图1

四、DLSVG系列静止无功发生装置的应用
如下图所示，唐山国义钢铁集团轧钢厂四段10kV所配备的大功率轧钢机由于起动和停机频繁，在工作时间内，轧钢机使该段母线的功率因数在较宽的范围内频繁波动，由于轧钢机传动容量大，使电网电压出现闪变、波动严重、高次谐波多，功率因数低等问题，不仅影响钢铁企业自身的产品产量和质量，更危及发配电及广大用户的切身利益。
 

                                                                      图2
由于轧钢机负荷的特性，传统的补偿方式已经难以实时准确的对无功缺口进行跟踪补偿，所以唐山国义钢铁集团采用了由大力电工襄阳股份有限公司研发生产的DLSVG系列静止无功发生器，是通过将桥式电路和电容器并联在电网上（如图3）所示通过调节电压的幅值和相位或直接对交流侧电流进行控制，来满足电网系统的需要。可以实现动态无功补偿控制。
             

                                                              图3
SVG整套装置由控制柜、功率柜、电抗器柜组成：控制柜为整机的控制核心，主要包括控制箱，控制电源模块，二次配线系统等。功率柜为整机的逆变核心部分，每相由多个功率单元组成（串联升压）如图4所示，。每个功率模块均具有完善的保护措施，并且各工作状态均送回主控单元，主控与各模块信号连接均采用高速光纤传输，实现了高电压隔离。
 

                                                                           图4
工作状态如图4所示，可以通过GBT中的续流二极管对电容进行充电来实现无冲击并网。根据外围的传感器的采样信号（选择控制目标）和工作模式（功率因数控制模式或电压控制模式）综合处理后装置生成波形输出。
 

       
                                                                     图5
五、SVG的工作原理
通过控制电子电力器件IGBT的通断，来控制装置的输出电压与电网电压的波形和相位一致，其实和高压变频器的工作原理一样，只是装置输出侧接的是电网而不是负载，此时SVG可以等效为电压的幅值和相位可控并且与电网频率相同的电压源，建立简单的模型，如图6所示的等效电路，设电网电压为 ，SVG的输出电压为 ，连接电抗X上的电压 即为 和 的相量差，电流 为SVG从电网侧吸收的电流，通过改变SVG输出电压的幅值和相位就可以改变连接在电抗上的电压，从而控制SVG从电网吸收电流的幅值和相位，也就控制了SVG所吸收的无功的性质和大小，不计损耗即不计装置从电网吸收有功的情况下，只需使装置输出电压与电网电压同相，仅改变的SVG输出电压幅值大小即可以控制装置从电网吸收的电流是超前还是滞后90°。
 

                                                                            图6
六、 SVG的控制方式

由于调制过程具有非线性，加上存在运算参数的误差、以及在整个系统中存在偏移及漂移等因素，因此要得到所要求的控制精度和响应速度，必须进行双闭环控制。DLSVG系列静止无功发生装置利用霍尔互感器的精确采样与需要控制的目标值进行对比进行PID调节，输出的无功调整量通过限幅和反变换进入复合重复控制策略，通过反馈比例控制系统Kr，学习因子Ks和遗忘因子Kf的整定来消除静差，如图7所示采用的是电压外环电流内环的双闭环控制模式，有效的提高了系统的稳定性和响应速度。
 

                                                                   图7  SVG闭环控制原理图
 3.14 SVG的使用效果及动态响应性能
如图8所示通过可以明显的看到系统负荷在剧烈波动的情况下，无功缺口也在变化，DLSVG系列静止无功发生装置通过对各段母线的PT和CT采样，精确计算出电网中的无功含量，通过设置的控制目标来实现实时响应、动态补偿无功缺口，消除稳态静差，使功率因数始终保持在0.98以上，通过对装置动态响应性能的检测可以看出，输出电流在5ms到20ms的时间内完成反向。动态补偿范围及响应速度都达到国内领先水平。
 

                                                               图8
    

                                                          图9  SVG的动态阶跃响应
四、结束语
随着经济的快速发展，工业负荷给电网带来的污染日益严重，如何有效的改善电能质量成为当前发展所面临的一个问题，传统的无功补偿装置和基于PLC或单片机所设计的SVC都有使用的局限性，随着电子电力技术和微机控制技术的发展，实现快速、准确动态无功补偿的优越性日益突出，并且随着IGBT等半导体器件成本的降低，将大力推广应用SVG。

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