新一代无功补偿SVG技术应用介绍

XDVAR系列有源动态无功和谐波补偿装置

NewTypepowercompensationTechnology

（StaticVarGenerator）天津市先导倍尔电气有限公司XDE2023/2/4MainContent无功补偿的义意与用户侧电能质量问题1ComparisonSVCandSVG2SeriesofSVG3ApplicationofSVGinoverseasandinChina4清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所2电网电压稳定与用户侧电能质量问题1清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所3无功的定义无功功率:电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而占有的电网容量叫无功，Q表示这种能量交换的幅度。无功功率的表达式：

Q=UIsinφ式中无功的单位为Var（乏），线电压的单位为V（伏），视在电流I单位为A（安）。功率因数：在正弦电路中，功率因数是由电压和电流之间的相角差决定的，这种情况下，功率因数常用COSφ表示。视在功率S=UI,有功功率P=UIcosφ

cosφ=P/S清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所4无功的分类1、感性无功：电流矢量滞后电压矢量90度。如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等。2、容性无功：电流矢量超前电压矢量90度。如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设备等。3、基波无功：与电源频率相等的无功。4、谐波无功：与电源频率不相等的无功。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所5无功功率的影响增加设备的容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率的增加，从而使发电机、变压器及其它电气设备的容量和导线容量增加。设备及线路损耗增加。使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所6谐波基本概念谐波的基本概念

频率为1/T的分量为基波，频率为大于1的整数倍基波（50Hz中国）频率的分量称为谐波。谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。电压HRUn和电流HRIn电压和电流总谐波畸变率清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所7谐波的危害谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。谐波影响各种电气设备正常工作。谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大。谐波会导致继电保护和自动装置误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。谐波对通讯线路的干扰。

清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所8高次谐波三相六脉波整流电路有哪些谐波

—三相整流设备含有5、7、11、13等次（6n±1）的高次谐波，含量为基波的1/5，1/7，1/11，1/13…1/（6n±1）高次谐波含量为：

即清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所9高次谐波六相十二脉波整流电路有哪些谐波六相十二脉波整流电路含有：11、13、23、25…（12n±1）次高次谐波，高次谐波电流含量是：即清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所10各类多相整流器产生的谐波次数

由右表可见，增加变流器的相数可有效地消除低次谐波，整流相数越多，所产生的谐波分量越少。目前在轧钢机和电冶金、电解整流电源工程中多数采用12相、24相整流技术，对特大容量的也采用36相、48相整流。交流电弧炉非对称产生偶次谐波。整流相数注入电网的谐波次数65、7、11、13、17、19、23、25……1211、13、23、25、35……2423、25……3635、37……清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所11什么叫无功补偿无功补偿：

指根据电网中的无功类型，人为地补偿容性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。是为了减小供配电线路中往复交换的无功功率，提高供配电线路的利用率。无功功率有那些影响：

无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载，谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡颠覆。

清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所12无功补偿的主要作用提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所13动态无功补偿的功能1、对动态无功负荷的功率因数校正。2、改善电压调整。3、提高电力系统的静态和动态稳定性，阻尼功率振荡。4、降低过电压。5、减少电压闪烁。6、阻尼次同步振荡。7、减少电压和电流的不平衡。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所14动补与静补的主要区别及优点静补投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合，容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，损坏用电设备；并且有触点投切设备寿命短，噪声大，维护量大，影响电容器使用寿命。动补可对任何负载情况进行实时快速补偿，并有稳定电网电压功能，提高电网质量，同时具备治理谐波的功能。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所15无功补偿的方法同步发电机：调整励磁电流，使其在超前功率因数下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。同步电动机：与前者的区别主要在于发电机位于发电厂，而电动机位于用户处。同步调相机：当同步电动机不带负载而空载运行，专门向电网输送无功功率时，称为同步调相机。主要装于枢纽变电所。并联电容器：可提供超前的（容性）无功功率，多装于降压变电所，亦可就地补偿。静止无功补偿装置：具有调相机的功能，如SVG、SVC。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所16无功补偿的三种主要形式MSC/MSR~机械投切式电容/电抗交流电抗器机械式开关交流电容器组SVC~StaticVarCompensator交流电抗器晶闸管阀控制和保护变压器交流电容器组SVG~StaticVarGeneratorGTO/IGBT/IGCT阀控制与保护变压器直流电容清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所17同步发电机发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率发电机的P-Q极限1）当发电机低于额定功率因数运行时，能增加输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定（2）当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。（3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即运行点C）下运行时视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利用。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所18同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50%～65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。缺点：同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的(1.5~5)%，容量越小，百分值越大；小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。同步调相机常安装在枢纽变电所清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所19并联电容器并联电容器可按三角形和星形接法连接在母线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即QC=V2/XC

。按安装位置不同通常分为三种，集中补偿、分组补偿、就地补偿。

缺点：电容器的无功功率调节性能比较差（自动投切）。优点：并联电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所20静止无功补偿装置（动补）传统的无功功率动态补偿装置是同步调相机（SynchronousCondenser—SC）早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（SaturatedReactor—SR）。静止型无功补偿装置（StaticVarCompensator—SVC）。新型静止无功补偿装置：静止无功发生器（StaticVar

Genertor—SVG）或静止补偿器（StaticCompensator—STATCOM）清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所21静止无功补偿器（SVC）静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。(a)可控饱和电抗器型（SR）；(b)自饱和电抗器型；(c)可控硅控制电抗器型（SVC-TCR）；(d)可控硅控制电抗器（TCR）和可控硅投切电容器组合型（TSC）。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所22SVC原理（TCR）其单相基本结构是两个并联的晶闸管与一个电抗器串联，而三相多采用三角形联结。相当于电感负载的交流调压电路。触发角有效移相范围90-180度，基波电流都是无功电流。增大触发角就是减少电流中的基波分量，相当于增大等效感抗。其线电流的谐波含量为6K±1次谐波。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所23SVC（TCR+FC）静态特性系统电压(p.u.)TCRTSC0.4容性电流感性电流01.0清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所24SVC的技术特点（TCR+FC）自身产生较大谐波，需与无源滤波器配合使用；装置占地面积大；效率低；响应速度慢（40ms-60ms）易产生谐振过电压、损坏电容器；低压时补偿效果下降迅速，清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所25

WhatisSVG,compareSVCandSVG2清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所26Static“phaseadjuster”静止“调相机”(STATCOM)LineLoadElectronic

GeneratorforReactive

Power清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所27ConsistofSVG SVGisconsistofchainstaticsynchronizingcompensationer+fixedcapacitor（STATCOM/DSTATCOM，又称为SVG），accordingtodifferentvolumeofdevice,toproduceaseriesofSVGandhamoroniccompensationdevice按各自容量的不同可组合成各种补偿范围的有源动态无功和谐波补偿装置。ControllersystemCompensateloadControllerCompensatesystemsystem清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所28SVGPrinciple电气原理（1）SVG’sbasicprincipleisbelow:的基本原理就是将自换相的桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所29SVGworkingprinciple工作原理将自换相桥式电路通过电抗并联在电网上，适当的调节桥式电路交流输出电压的相位和幅值，或控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出无功电流，实现动态无功补偿。NoloadrunningSystemI=0I=0清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所30STATCOMprinciple(Capacitive)ULIUSUCUUCUSUcUsULIfUC>US

,thenIiscapacitiveIt清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所31STATCOMprinciple(Inductive)工作原理（感性）ULIUSUCUUCUSUSUCULIfUC<US

,thenIisinductiveIt清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所32STATCOM/DSTATCOMMaincircuit主电路方案三电平变流器器件直接串联谐波较大dv/dt大绝缘要求高多重化变流器变压器占地大，成本高无冗余运行能力磁非线性导致过电压和过电流绝缘由变压器承担变压器隔离链式逆变器具有冗余运行能力各逆变单元可共用直流电容变压器较复杂绝缘由变压器承担清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所33功率模块原理图输出电压+U-U0清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所34XDVARSVG－基于链式换流器无连接变压器，减小了占地面积，降低了装置成本，提高了装置效率在系统受到扰动时，可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用采用冗余功率模块，提高了装置可靠性

避免了多重化逆变变压器激磁回路中剩磁和饱和非线性导致的装置过电压和过电流可做成移动式装置，便于灵活配置，提高装置使用率U+-输出电压+U-U0U+U+U+3U2UU0-U-2U-3U输出电压清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所35SVG输出波形使输出电压的基波幅值为控制目标值，并且使各单相桥输出的基波电压幅值相位完全相同，且对直流电压峰值进行限制；使逆变器总输出电压中的低次谐波性能达到最优。

优化PWM控制策略各单相桥输出电压输出相电压实测相电压清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所3610KV电气原理图清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所37瞬时无功的控制策略清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所38瞬时无功的控制策略

SVG可以对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其由两部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成）。其中，指令运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。主电路采用多重化的PWM电路。

SVG是基于瞬时无功功率的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果。检测谐波电流时，因检测对象中谐波的构成和采用滤波器的不同，会有不同的延时，最多不超过一个电源周期。当需要补偿负载所产生的谐波电流时，SVG检测出补偿对象负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流指令，由补偿电流发生器产生的补偿电流与负载电流中谐波分量大小相等、方向相反，互相抵消，使电源电流只含基波，不含谐波。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所39优异的谐波输出特性传统SVC装置中令人头疼的谐波问题，在SVG中则完全采用桥式变流电路的多重化技术，多电平技术或PWM技术进行处理，以消除次数较低的谐波，并使较高次数的谐波电流减小到可以接受的程度。所以SVG既可以输出近似正弦波的无功电流（不含谐波，用于电网补偿），也可以输出设定次数的谐波电流（用于负荷谐波滤波），即SVG输出电流是完全有源可控的，完全满足用户的需要；清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所40SVG电压-电流特性系统电压(p.u.)SVGTCRTSC0.4容性电流感性电流01.0当电网电压下降，补偿器的电压-电流特性向下调整时，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维持不变，仅受其电力半导体器件的电流容量限制。其运行范围是上下等宽的近似矩形的区域。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所41SVG的占地面积SVGSVC清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所42占地面积SVG占地是SVC的1/5~1/3资料来源：SIEMENS清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所43动态响应资料来源：ABBSVC：2～3周波，速度过快产生谐振。STATCOM：1～2周波，小于5毫秒清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所44SVG响应速度SVG的快速动态响应

(小于10ms)响应速度越快对闪变抑制效果越好SVC的响应速度大于10毫秒，如果再快，有可能与系统产生谐振。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所45典型SVC与典型SVG损耗的比较典型0－100Mvar

SSVC典型0－100MvarSVC清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所46典型SVC与典型SVG运行损耗的比较补偿容量SVG补偿组成SVC补偿组成SVG的损耗(万度/年)SVC的损耗(万度/年)SVGFCTCRFC最小0.02%平均最大0.33%最小0.06%平均最大1.0%2M±2M0-2M+2M0.322.775.281.08.516.05M±5M0-5M+5M0.86.9313.22.521.340.08M±4M+4M-8M+8M1.2811.0821.124.034.064.010M±5M+5M-10M+10M1.6013.8526.45.042.580.016M±8M+8M-16M+16M2.5622.1642.248.058.0108.020M±10M+10M-20M+20M3.2027.7052.810.085.0160.024M±12M+12M-24M+24M3.8433.2463.3612.0102.0192.030M±15M+15M-30M+30M4.8041.5539.6015.0127.5240.040M±20M+20M-40M+40M6.4055.40105.620.0170.0320.050M±25M+25M-50M+50M8.0069.30131.225.0212.5400.0清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所47典型SVC与典型SVG运行损耗的比较为什么SVG比SVC节能?串联电抗器容量不同,SVC串联100%电抗，而SVG只串联6%的电抗，而电抗器损耗大约为0.8%的损耗，占主导地位。FC部分，SVC的电容容量是SVG电容容量的一倍，所以，电容损耗比SVC的损耗小，电容损耗较小。SVC的可控硅的损耗与SVG的IGBT的损耗相当，可控硅的损耗比IGBT损耗小，但SVC部分的可控硅部分的容量是IGBT容量的一倍。而且在SVC的0无功时损耗最大，100%无功时损耗最小，SVG在50%无功时损耗最小，在100%无功时损耗最大，一般动态无功绝大部分时间工作在50%无功状态。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所48-50M－+150MSVG与SVC性能比较比较内容100MVASTATCOM+50M固定电容器（-50—150）200MVATCR+150M滤波器（-50—150）无功控制能力连续，零无功时STATCOM投入-50Mvar连续，容性无功由滤波器提供，零无功时TCR投入-150Mvar无功补偿响应速度响应速度快（5ms－10ms）响应速度慢（40ms～60ms）电压对补偿效果的影响输出无功电流与系统电压无关系统电压下降时输出无功电流成比例下降同等补偿效果所需容量1.01.2－1.3占地面积小大(为STATCOM的4－5倍)损耗与输出无功的关系零无功时STATCOM投入-50Mvar，损耗为50MX1%。假设STATCOM损耗为1％。零无功时TCR投入-150M，损耗大；损耗为150MX1%。假设TCR损耗为1％。价格比较约4200万STATCOM：400元/kvar，电容器20元/kvar4050万TCR：180元/kvar，滤波器30元/kvar清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所49

XDVAR系列SVG介绍3清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所50XDVAR装置构成清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所51典型安装示意图清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所52±8Mvar/10kVSVG外观图清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所5310KV电气原理图清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所54XDVARSVG功能模块化的电路结构SVG的核心是基于IGBT器件的链式逆变器。链式逆变器每相由多个功率模块输出串联而成，功率模块采用N+1或N+2冗余运行结构；模块控制采用大规模FPGA芯片载波移相多电平空间矢量PWM控制策略，电路简单，抗干扰能力强，可靠性高；采用自励起动技术，使得装置投入时冲击电流小；模块面板共4个电气端子，4个光纤端子，接线简单，还设有若干状态及故障指示灯，方便维护及检修；当某一个功率模块故障时，控制器将检测出并发出指令使故障的功率模块输出通过快速电子旁路电路短接，使装置能继续满载运行，大大提高了装置可靠性。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所55XDVARSVG功能控制采用基于三DSP及多FPGA的全数字化控制器MLCCON，具有高集成度，可靠性高；现场可设定控制方式：系统补偿或负荷补偿及负荷补偿谐波次数；采用快速瞬时无功电流控制策略，可实现系统短路故障时的连续稳定运行；采用进口PLC实现多组固定电容器的综合投切控制。控制器全封闭防尘设计，无需冷却风扇，大大提高可靠性。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所56XDVARSVG功能监控与人机接口本地监控功能由DSP及进口PLC共同完成，采用触摸屏中文/英文显示界面，比嵌入式工控机界面硬件可靠性高，更适用于工业现场电磁环境；本地监控面板能进行各种控制操作和参数设置；显示面板具有功率模块直流电压、功率模块故障/旁路状态、输出电流、负荷电流、故障显示及故障追忆等功能，可显示输出电流波形；远方通信监控接口为RS232/RS485和CAN总线，备有计算机网络监控的RJ45扩展口和通信转换模块，可以灵活支持Modbus、Profibus、TCP/IP和IEC61850等通信协议；可以通过远方计算机进行实时状态监控；具有GPRS远程接口，装置通过联网装置，将系统运行数据、状态量和报警信息等，利用GPRS网络发送到本公司后台服务器，实现对现场的实时监控，以确定其安全情况和运行情况，大幅提高了系统运行的可靠性及可维护性。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所57XDVARSVG性能特点启动冲击小：SVG部分采用自励方式起动，启动快速且冲击电流限制在很小的幅值；任意组合的连续补偿范围：SVG可以从额定感性工况到额定容性工况连续输出无功，和固定电容器组合可构成任意范围的连续补偿；动态响应速度快 SVG具有10ms以内的快速输出无功特性，因而对快速的冲击负荷具有更好的补偿效果；而传统的SVC响应时间一般在40ms-60ms（太快可能引起电抗和电容器产生振荡）。优异的谐波输出特性 SVG既可以输出近似正弦波的无功电流（不含谐波，用于电网补偿），也可以输出设定次数的谐波电流（用于负荷谐波滤波），即SVG输出电流是完全有源可控的，完全满足用户的需要；而SVC产生大量不可控的谐波电流，又附带大量不可控的无源滤波支路来实现自身产生的谐波电流的滤波。

清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所58XDVARSVG性能特点占地面积小 SVG以半导体功率器件构成的逆变器为核心，使用直流电容器储能，无SVC中体积庞大的滤波支路和电抗器，安装尺寸一般只有SVC的1/5-1/3，特别适合于对占地面积要求较高的场合。XDVAR系列SVG可做成移动式装置。高效率 SVG采用新型低损耗IGBT功率器件，直接输出电压范围1kV－35Kv,省去了连接变压器，装置效率可达99％以上；而由于损耗曲线特性优于SVC（SVC空载时损耗达到最大），SVG的等效运行损耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效运行耗电量大大低于SVC。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所59XDVARSVG性能特点超强补偿能力 SVG输出电流不依赖于系统电压，表现为恒流源特性，在系统电压跌落到20％时仍可以输出额定无功电流，具有更宽的运行范围；而SVC输出电流与系统电压成正比下降，使得达到同等补偿效果SVG容量可以比SVC容量小20％－30％。 通过对固定电容器组的综合控制，可以更好的满足系统和负荷的补偿范围要求。高可靠性

SVG采用N+1或N+2冗余主电路拓扑结构，一个（或两个）链节单元损坏后仍可继续满负荷运行；SVC使用了大量电容器电抗器，当外部系统容量与补偿装置的容量可比时，SVC会产生不稳定性而发生振荡，而SVG对外部系统运行条件和结构变化不敏感。SVG还避免了功率器件的直接串联

清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所60出厂试验等价额定工况试验验证链节在周期开通和关断过程中，耐受电压和电流的极限强度；检验链节控制板在额定工况运行下抗干扰能力；检验各元件水冷散热效果；检测链节控制电源消耗功率大小。

1等价过电流保护试验验证链节主要（一次）设备是否能够耐受由过电流引起结温升高后的电压应力；检验过电流保护装置在最大关断电流出现时关断IGCT的能力。2阀的电介质试验阀对地：工频交流耐压试验；局部放电的测量；雷电冲击试验。阀端：工频交流耐压试验；操作冲击试验。3清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所61SVG实时数字仿真平台可对实际工程的控制器进行闭环物理测试，加速现场投运试验；可对链式SVG控制器进行系统电压异常（突变、不平衡、频率和相位扰动）情况下的实时仿真试验，减少现场试验的时间、成本和风险。链式SVG装置控制器接入系统的链式SVG装置实时仿真平台清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所62SVG补偿效果试验条件：负荷电流由落后系统电压0度切换到落后90度，DSTATCOM随即发出1000A补偿电流，动态响应时间15ms左右。补偿不平衡负荷电流动态过程（～15ms）清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所63谐波补偿测试电流谐波次数负荷电流含量系统电流含量512.5%2.0%710%1.0%115%0.5%135%1.5%有效滤除特定次谐波电流，不引起其它次谐波放大母线电压系统电流负荷电流DSTATCOM补偿电流频谱分析清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所64主要技术指标逆变器类型链式换流器，采用IGBT器件装置容量1MVA－100MVA并网点电压等级45Hz-55Hz，6Kv/10Kv/27Kv/35kV并网点电压允许波动范围30％额定电压到120％额定电压启动方式自励启动，启动冲击电流小控制电源45Hz-55Hz，380V±20%，内含免维护后备电源无功输出范围额定感性到额定容性无功，连续调节无功输出特性电流源输出，在系统电压降低到20％仍输出额定容性无功电流补偿控制方式系统补偿或负荷补偿系统补偿功能电压调节、无功调节、暂稳控制、阻尼控制负荷补偿功能功率因数补偿、电压闪变抑制、谐波补偿、负荷不平衡补偿清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所65主要技术指标无功输出响应速度5ms－20ms综合补偿控制可控制多组补偿电容器或电抗器的自动投切过载能力标准：允许10％连续过载，20％过载5秒，30％过载立即保护故障处理链式换流器采用N+1/N+2冗余运行，故障功率模块自动旁路，装置运行不受影响效率满载时大于99%保护功能输出过电流、系统短路、系统过压、PT断线、过温、水冷故障、通信失败等保护远程监控数字方式：RS485、CAN、Modbus、Profibus、TCP/IP，GPRS6路可编程外部开关量输入（DC24V）信号输出4路可编程模拟量输出（0－20mA）；6路可编程开出（DC24V/50mA）；人机界面中文液晶触摸屏图文人机界面清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所66

SVG国内外应用情况4清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所67我国STATCOM的研制94年电力部重点科技攻关项目±20MvarSTATCOM，清华与河南省电力局合作，99年投运，00年通过部级鉴定；当选00年全国高校十大科技成就之一，02年获国家奖；2002年11月国家电网公司重点科技攻关项目：“上海电网黄渡分区±50MvarSTATCOM示范工程”通过立项评审。项目分为两部分：

1）电力系统暂态电压稳定的控制-±50MvarSTATCOM关 键技术问题的研究－2004年1月通过评审

2）西郊变电站±50MvarSTATCOM装置的研制—2004.3－2006.3±50MvarSTATCOM装置2006年2月28日并网运行，3月7日完成全部现场试验，4月10日通过国家电网公司组织的验收，认为核心技术达到国际领先水平。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所6850MSVG构成占地：20m×18m清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所69基于IGCT的50M链式换流器主电路50MSSVC是国际上首台采用IGCT器件的MVA级链式SVG装置清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所70外观清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所71一相逆变器阀清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所72控制室屏柜清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所73验收意见

±50MvarSTATCOM装置研制过程中，创新性地解决了如下关键技术问题：（1）建立了链式STATCOM的标么值数学模型，提出了基于IGCT的链式STATCOM主电路及参数设计方法；（2）提出并实现了多目标150Hz优化PWM控制策略；（3）提出并实现了循环交换链节间PWM脉冲结合直流PWM制动的直流电压平衡控制方法；（4）提出并实现了分布式链节冗余控制与保护策略；（5）提出并实现了自平衡精确反馈线性化动态无功控制方法，使装置能在各种系统电压工况下稳定运行；（6）提出并实现了链式STATCOM的基于DSP和FPGA的全数字化高速高精度控制系统；（7）提出并实现了大容量链节等价运行与保护试验系统。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所74用于输电系统的SVG部分统计研制者地点(MVA)时间1三菱电机、关西电力日本±201980年2西屋公司、EPRI美国±11986年3三菱电机、关西电力日本±801991年4东芝、日立、东京电力日本±50×21992年5东芝、Hokkaido电力日本±10×21993年6西屋公司、EPRI、田纳西电力美国±1001996年7西门子丹麦±81997年8西屋、EPRI、美国电力美国±1601997年9清华大学、河南省电力公司中国±201999年10ALSTOM、英国国家电网（NGC）英国±751999年11三菱美国＋133/-412001年12三菱，圣迭戈天然气和电力公司美国±1002002年13KEPRI、KEPCO韩国±802003年14ALSTOM，美国东北电力美国±1502003年15ABB，奥斯汀能源美国±100200416清华大学、许继，上海电力公司中国±502006年清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所75在负荷补偿中的应用三菱公司从1986年至2003年期间，安装了近200台SVG，容量在0.1到60Mvar之间；东芝公司投运多台10M/20MSVG用于电弧炉的动态补偿；ABB公司已推出系列的SVC-LIGHT（即SVG），用于系统及用户补偿；西屋公司为加拿大BC省阿达姆湖伐木场提供了一台2MVAR的SVG，保证了该伐木场的正常工作；西门子公司为丹麦某风力发电场提供的两台4MVAR对于其风力发电设备的稳定运行起了重要作用；美国S&C’S公司的系列PUREWAVESVG，用于补偿冲击负载引起的电压跌落和闪变。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所76美国±100MvarSTATCOM（1996）背景：Sullivan变电站，田纳西州东北部，属于TVA（TennesseeValleyAuthority）管辖由500kV输电网和4条160kV线路供电，冬季负荷高峰期，该地区负荷可达900MW，其中55％由Sullivan变电站提供。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所77美国±100MvarSTATCOM（1996）1500kV母线轻载时电压过高装有80Mvar可投切电抗器，存在发热问题，利用率不高2160kV母线重载时电压过低变压器抽头动作频繁，降低变压器寿命,故障率1％，一半由抽头引起,一次损失$1M3变电站与500kV网联系较弱单台1200MW变压器冬季大负荷时，失去变压器后160kV母线电压跌落10％－15％4与邻近的AEP系统间存在功率振荡一条160kV线路与AEP系统相连AEP内的PMU测量到了功率振荡现象轻载时STATCOM帮助调节500kV母线电压，电抗器可完全切除。正常情况下160kV母线电压由STATCOM调节，变压器抽头动作次数大大降低。250次/月减少为2～5次/月大负荷方式下，失去500kV/160kV变压器后，STATCOM可快速动作，维持160kV母线电压在合理范围，等待附近变电站的固定电容全部投入。有助于研究STATCOM在抑制功率振荡的能力。解决方案：±100MvarSTATCOM＋84MvarFC＝－100Mvar/+184Mvar清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所78美国±100MvarSTATCOM（1996）27m×15m新增变压器：$20MSTATCOM：TVA$6M+EPRI$6M节省$14M清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所79丹麦±8MvarSTATCOM（1997）背景：RejsbyHede风电厂，40台600kW风机，24MW1.异步发电机消耗的无功随输出有功的变化而变化，受风力影响较大，固定电容器很难胜任。2.与电网失去联系形成孤岛后，异步发电机处于自励磁状态，若并联电容容量高于发电机电抗，引起机端过电压。解决方案：±8MvarSTATCOM＋6MvarFC清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所80英国±75MvarSTATCOM（1999）背景：90年代中期，英国国家电网计划在北方地区新建一座低成本燃气电厂，分析表明这将增加流向南方的潮流，使得南方地区无功不足的问题凸现。在增加南方地区无功补偿的整体计划中，位于伦敦北部的EastClaydon变电站加装225Mvar的无功是重要内容。英国已有12套移动式SVC投入运行，这次，出于节省用地和新技术应用的角度，国家电网选择了基于STATCOM的动态无功系统。输出 连续可调容量 0－+225Mvar接入电压等级400kV(275kV)可移动性 6个月内可用率

98%英国国家电网对于动态无功系统的要求：清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所81英国±75MvarSTATCOM（1999）STATCOM±75MvarHarmonicFilter23MvarTSC127Mvar237MVA400kV15.1kVGTOCONVERTER清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所82英国±75MvarSTATCOM（1999）清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所83英国±75MvarSTATCOM（1999）清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所84英国±75MvarSTATCOM（1999）清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所85美国±150MvarSTATCOM（2003）地理位置：康涅狄格州西南部，诺沃克－斯坦福地区电网，东北电力公司（NortheastUtility），格林布鲁克变电站电网特点：人口密集区，以居民用电和商业用电为主，最高负荷可达1200MW起因：2000年夏天，发生一起双回输电线路倒塔故障（Double－CircuitTower），致使该地区电压跌落致30－40％（故障中），故障后经历8－10秒才恢复至90％（大量空调负荷停转或闭锁）。双回线路倒塔故障属于东北电力协调委员会（NPCC）和新英格兰电力区（NEPOOL）N－2导则之内的扰动。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所86美国±150MvarSTATCOM（2003）115->230kV刚进行一次改造（69->115kV），绝缘水平不够；架空线路需重建，技术、经济、时间上不可行。需要300Mva；正常运行时系统出现过电压150MvarFC＋150MvarSTATCOM低电压下能够输出额定容性无功（SVC不能）安装占地少谐波性能优动态响应快暂态容量高噪声分贝小磁场强度低固定电容线路改造FACTS清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所87美国±150MvarSTATCOM（2003）无STATCOM，线路故障导致电压低于0.6有STATCOM，故障后电压在2秒内恢复仿真结果清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所88美国±100MvarSTATCOM（2004）Holly电厂：美国德克萨斯州，奥斯汀电力公司，德州电力可靠性委员会（EROCT）容量：590MW，348Mvar。分4台机组（以天然气或石油为燃料），1958－1974陆续投运。设计寿命30－40年。扰民：电厂位于居民区附近－90年代中期，电力公司花费$5M用于建造隔音及绝热设施。－1993、1994年发生两起火灾，火灾引起附近居民的抗议。取缔：－德州地区电力过剩，不远处正在新建一座低成本电厂。－＃1、＃2机组在2004年之前，＃3、＃4机组在2007年之前退役。清华大学电机系柔性交流输配电系统研究所89美国±100MvarSTATCOM（2004）RMR电厂：（ReliabilityMustRun）－稳定校核