更快，运行范围宽，而且在采取多重化或PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。更重要的是，SVG使用的电抗器和电容元件远比SVC中使用的电抗器和电容要小，这将大大缩小装置的体积和成本。SVG具有如此优越的性能，显示了动态无功补偿装置的发展方向。
5.4.1 基本原理
简单地说，SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
众所周知，在单相电路中，与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回往返的。但是在平衡的三相电路中，不论负载的功率因数如何，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都是等于三相总的有功功率。因此总的来看，在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的来回往返，各相的无功能量是在三相之间来回往返的。所以，如果能用某种方法将三相各部分总的统一起来处理，则因为总的来看三相电路电源和负载间没有无功能量的传递，在总的负载侧就无需设置无功储能元件。三相桥式变流电路实际上就具有这种将三相各部分总的统一起来处理的特点。因此，理论上讲SVG的桥式变流电路的直流侧可以不设储能元件。实际上，考虑到变流电路吸收的电流并不仅含基波，其谐波的存在多少会造成总体看来有少许无功能量在电源和SVG之间往返。所以，为了维持桥式变流电路的正常工作，其直流侧仍需要一定大小的电感或电容作为储能元件，但所需储能元件的容量远比SVG所能提供的无功容量要小。而对传统的SVC装置，其所需储能元件的容量至少要等于其所提供无功功率的容量。因此，SVG中储能元件的体积和成本比同容量的SVC中大大减小。
严格地讲，SVG应该分为采用电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。其电路基本结构分别如图5-30a和b所示，直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。对电压型桥
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式电路，还需再串联上连接电抗器才能并入电网；对电流型桥式电路，还需在交流侧并联上吸收换相产生的过电压的电容器。实际上，由于运行效率的原因迄今投入实用的SVG大都采用电压型桥式电路，因此SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作动态无功补偿的装置。因此，在以下的内容中，本文将以采用自换相电压型桥式电路的SVG为对象作详细介绍，并且就简称之为SVG。
X a） b）
图5-30 SVG的电路基本结构
a）采用电压型桥式电路 b）采用电流型桥式电路
由于SVG正常工作时就是通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就象一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波频率时，SVG可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上。所以，SVG的工作原理就可以用如图5-31a所示的单相等效电路图来说明。设电网电压和SVG输出的交流电压
?S和V?I表示，?S和V?I?L即为V分别用相量V则连接电抗X上的电压V的相量差，而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电
?。因此，改变SVG交流侧输出流就是SVG从电网吸收的电流I?I的幅值及其相对于V?S的相位，电压V就可以改变连接电抗上的电压，从而控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。
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I X=?L VL I VS VL=jX IVI VI VL=jX IVS I VS VI
电流超前
电流滞后
a） b）
图5-31 SVG等效电路及工作原理（不考虑损耗）
a） 单相等效电路 b） 工作相量图
在图5-31a的等效电路中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗以及变流器的损耗，因此不必从电网吸收有功能量。
?I与V?S同相，仅改变V?I的幅值大小即可在这种情况下，只需使V?是超前还是滞后90?，并且能控以控制SVG从电网吸收的电流I制该电流的大小。如图5-31b所示，当VI大于VS时，电流超前电压90?，SVG吸收容性的无功功率；当VI小于VS时，电流滞后电压90?，SVG吸收感性的无功功率。
考虑到连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗（如管压降、线路电阻等），并将总的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑，则SVG的实际等效电路如图5-32a所示，其电流超前和滞后工作
?I与电流I?的相量图如图5-32b所示。在这种情况下，变流器电压V?S与电流I?仍是相差90?，因为变流器无需有功能量。而电网电压V的相差则不再是90?，而是比90?小了?角，因此电网提供了有功
?功率来补充电路中的损耗，也就是说相对于电网电压来讲，电流I?I与电网电中有一定量的有功分量。这个?角也就是变流器电压V?S的相位差。改变这个相位差，并且改变V?I的幅值，则产生的压V?的相位和大小也就随之改变，SVG从电网吸收的无功功率电流I也就因此得到调节。
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I X R VL L VI VS jXI RI VI jXI RI VL VS
VS VI VL 电流超前 VI I VL 电流滞后 a） b）
图5-32 SVG等效电路及工作原理（计及损耗）
a） 单相等效电路 b） 工作相量图
在图5-32中是将变流器本身的损耗也归算到了交流侧，归入
连接电抗器电阻中统一考虑。实际上，这部分损耗发生在变流器内部，应该由变流器从交流侧吸收一定有功能量来补充。因此，
?I与电流I?的相位差并不是严格的实际上变流器交流侧电压V90?，而是比90?略小。
另外，工程实际中还有一种由直流侧提供损耗能量的方案。与以上所述由交流电网侧提供有功能量的方案不同，在这种方案中，直流侧有并联的直流电压源（如蓄电池等）。其工作相量图也与图5-32b不一样，其电流与交流电网电压的相位差是90?，而与变流器交流侧电压的相位差为90?+?，如图5-33所示。在本书中，如未特别指明，均讨论损耗能量由交流电网侧提供的情况。
L VI VS jXI VL 电流超前 RI I VI jX IRI VL VS
VI VL 电流滞后 图5-33 损耗能量由直流侧电源提供时SVG的工作相量图
根据以上对工作原理的分析，可得SVG的电压─电流特性如
图5-34所示。同TCR等传统SVC装置一样，改变控制系统的参数（电网电压的参考值Vref）可以使得到的电压─电流特性上下移动。但是可以看出，与图5-10所示的传统SVC电压─电流特性不同的是，当电网电压下降，补偿器的电压─电流特性向下调
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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ILmax和ICmax维持不变，仅受其电力半导体器件的电流容量限制。而对传统的SVC，由于其所能提供的最大电流分别是受其并联电抗器和并联电容器的阻抗特性限制的，因而随着电压的降低而减小。因此SVG的运行范围比传统SVC大，SVC的运行范围是向下收缩的三角形区域，而SVG的运行范围是上下等宽的近似矩形的区域。这是SVG优越于传统SVC的又一特点。 V Vref ICmax O ILmax I
图5-34 SVG的电压─电流特性
此外，对于那些以输电补偿为目的SVG来讲，如果直流侧采用较大的储能电容，或者其它直流电源（如蓄电池组，采用电流型变流器时直流侧用超导储能装置等），则SVG还可以在必要时短时间内向电网提供一定量的有功功率。这对于电力系统来说是非常有益的[119]，而又是传统的SVC装置所望尘莫及的。
至于在传统SVC装置中令人头痛的谐波问题，在SVG中则完全可以采用桥式变流电路的多重化技术或PWM技术来进行处理，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。
应该指出的是，SVG接入电网的连接电抗，其作用一是滤除电流中可能存在的较高次谐波，另外起到将变流器和电网这两个交流电压源连接起来的作用，因此所需的电感值也并不大，也远小于补偿容量相同的TCR等SVC装置所需的电感量。如果使用降压变压器将SVG连入电网，则还可以利用降压变压器的漏抗，所需的连接电抗器将进一步减小。
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