注：测试变压器低压侧。
二、电能质量状况分析
       为了全面了解西气东输工程配电系统的电能质量状况，提供合理的解决方案，法拉德工程师对西气东输工程配电系统的电力参数和工作状况进行了现场测量，取得了较为全面的测试数据。

测试的主要内容包括：三相电压波形图、三相电流波形图、单相电压电流波形图、谐波电压柱状图、谐波电流柱状图、谐波电压图表、谐波电流图表、电压电流频率图表、功率电能图表、三相不平衡截图。

关于电压：电压最大畸变率大约为 0.8%，国家标准为 5%以内；电压有效值基本平稳，波动不大，三相平衡度较好。
关于电流：电流畸变率大约 10%左右，测试时电流大约在 40A 左右，基本稳定略有波动，谐波电流大约在 4A 左右，主要有 3 次、5 次、7 次。
       整体电能：测试时负载略有波动，有功功率为 17KW，测试时无功补偿设备未开启，功率因数较高 0.98，系统呈现容性状态。
现场存在的问题：系统呈现容性，造成供电系统不稳定。
推荐解决方案：电容补偿柜整体更换，考虑到现场的负载特性，建议采用 G SVG  补偿装置。
推荐补偿容量为 4 FLD-SVG30Kvar-0.4 或 或  FLD-SVG50Kvar
三 、设备性能详细描述
       法拉德FLD-SVG静止无功发生器，是法拉德公司在多年有源电力滤波器等电力电子产品研发的技术和经验基础上，自主开发研制的具有高性价比新型有源动态无功补偿装置。该装置能对无功功率、谐波以及三相不平衡进行实时跟踪补偿，从而为电网或用电负荷提供快速动态无功补偿和谐波滤除，可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。
       法拉德FLD-SVG可广泛应用于石油化工、冶金、电力、煤炭、电气化铁路、风电厂等含有冲击性负荷和大容量电动机的工业领域。
（1）法拉德低压 FLD-SVG 静止无功发生器工作原理
SVG——静止无功发生器（Static VarGenerator, 简称SVG，又称STATCOM）是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统（FACTS）的重要组成部分。SVG并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，同时滤除系统中的谐波，对电网无功功率、谐波实现动态无级补偿。
法拉德FLD-SVG利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，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。

图1 FLD-SVG工作原理（直接控制型）

如图1所示，SVG由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视负载电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将基波无功电流和谐波电流提取，得到指令电流，并通过电流跟踪控制电路和驱动电路，以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成反向等值补偿电流注入电网，从而实现对负载无功电流和谐波电流的动态、快速、彻底治理。
（ 2 ）法拉德低压 FLD-SVG 静止无功发生器装置构成
单台FLD-SVG装置结构如下图所示。

图2装置结构图

（3）法拉德低压 FLD-SVG 静止无功发生器主要功能
（1） 维持受电端电压，加强系统电压稳定性
对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而SVG具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
（2）补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗
电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功；同时，输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。

对电力系统而言，负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落，降低了电压质量。同时，无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率降低；对于电力用户而言，低功率因数会增加电费支出，加大生产成本。
（3）抑制电压波动和闪变
电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。负荷的急剧变化会导致电流的剧烈波动，从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。
SVG能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
目前，抑制电压波动和闪变的最佳设备是SVG。
（4）滤除谐波
       配电网中存在着大量的非线性负荷，典型负载如变频器、密炼机、提升机和电弧炉等。它们的存在导致电网中含有大量的谐波，电压、电流波形发生畸变，用电设备故障率增加，供配电系统损耗增加，甚至发生电网谐振，导致跳闸事故。FLD-SVG可以产生等值反向的补偿电流滤除电网中的谐波，补偿容量最大值为装置容量的30%。
（5）抑制三相不平衡
       配电网中存在着大量的三相不平衡负载，典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等。同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。FLD-SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，大大提高供电能质量。
（4）法拉德低压 FLD-SVG 静止无功发生器技术优势
       SVG是目前最为先进的无功补偿装置，基于电压源型逆变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，FLD-SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：
（1）响应速度更快
SVG响应时间：≤10ms。
传统SVC响应时间： ≥20ms（太快可能引起电抗和电容器产生振荡）。
SVG可在10ms内从额定容性无功功率补偿到额定感性无功功率补偿的无冲击转换，适应高速变化的负荷。
（2）电压闪变抑制能力强
SVC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。SVC受到响应速度的限制，其抑制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加。而SVG由于响应速度极快，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输出电流不依赖于电压，表现为恒流源特性，能够在额定感性到额定容性的范围内工作，具有更宽的运行范围。而SVC是阻抗型补偿，输出电流和电压成线性关系。因此系统电压变低时，同容量SVG可以比SVC提供更大的补偿容量，电压电流特性如图3所示：

图3 V-I特性图

（4）补偿功能多样化
FLD-SVG不仅具有快速补偿系统无功功率的目的，还能够根据用户实际需要，对负荷谐波电流、负序电流等电能质量问题进行综合补偿。
（5）低开关纹波输出特性
FLD-SVG用两个相同的三相全桥逆变器并联，提高了设备容量；同时IGBT驱动采用具有山大法拉德专利的PWM开关纹波交错对消技术，大大降低了输出纹波，电路图见图4。

图 4 SVG 逆变器原理图

图 5 SVG 逆变器 PWM 开关交错纹波对消技术

从图5中看出，输出电流经过PWM开关交错技术，ia1与ia2合成后的输出电流ia的纹波大大降低，少量的剩余纹波电流经开关纹波滤波器滤除。
（5）法拉德低压 FLD-SVG 静止无功发生器技术参数

（6）法拉德低压 FLD-SVG 静止无功发生器性能特点
更高效率、更低损耗
■纹波交错对消变流器专利技术，输出电压、电流谐波畸变率低，谐波损耗小，系统损
耗小；
■多DSP协同控制，控制精度高、速度快；
更多功能、更多模式
■无功谐波综合补偿，满足各种配电系统补偿需求；
■可设定的谐波分次补偿功能；
■平衡补偿功能，可平衡各相之间的负载电流；
■RS-485、RS-232、TCP/IP接口，标准MODBUS RTU通讯协议，及计算机远程监控功能。
更加稳定、更高可靠
■光纤驱动，安全、可靠、抗干扰能力强；
■多重保护功能，严格热设计，确保系统运行安全可靠；
■先进控制算法，适应各种复杂现场稳定运行；
■数字化控制，中文液晶显示；
■故障自诊断功能；
■历史事件记录功能。
更高功率密度、更易安装维护
■控制系统、功率单元采用模块化设计，功率密度高，安装维护方便；
■可以多机并联运行，满足各种补偿容量需求；
■输出容量满载后自动限流，无过载之忧；
■可选择的源电流和负载电流检测方式，便于现场安装。

法拉德电气（北京）有限公司
2017 年 6 月