在电力电子技术领域，SVG（Static Var Generator，静止无功发生器） 是一种基于全控型电力电子器件（如 IGBT）的动态无功补偿装置，主要用于快速调节电网的无功功率、改善功率因数、抑制电压波动和闪变，是现代电力系统电能质量控制的核心设备之一。以下从基本原理和控制策略两方面详细解析：
一、SVG 的基本原理
1. 核心功能
SVG 的本质是通过电力电子变流器向电网注入或吸收与系统电压同频、相位相差 90°（纯无功） 的电流，实现无功功率的动态补偿。具体而言：
当电网存在感性无功（如电机、变压器等负载）时，SVG 输出容性无功电流（超前电压 90°）进行补偿；当电网存在容性无功（如长距离电缆、电容器组）时，SVG 输出感性无功电流（滞后电压 90°）进行抵消；同时可兼顾抑制谐波、平衡三相不平衡电流等功能。
2. 主电路拓扑
SVG 的核心是电压型 PWM 变流器，典型拓扑结构如下（以三相系统为例）
直流侧：通常接储能电容（提供稳定的直流电压UdcUdc，如 600V-1500V），支撑变流器开关动作；交流侧：通过滤波电抗器（抑制开关谐波）并入电网，变流器由 6 个全控器件（IGBT）组成三相桥臂，通过 PWM（脉宽调制）控制输出电压的幅值和相位；控制系统：实时检测电网电压、电流，计算无功需求，生成 PWM 驱动信号控制 IGBT 开关。
其工作原理可简化为：通过控制变流器交流侧输出电压U˙SVGU˙SVG与电网电压U˙sU˙s的相位差和幅值差，调节流入电网的电流I˙SVGI˙SVG：
当（θθ为相位差）时，SVG 输出容性无功；当USVGcosθ<UsUSVGcosθ<Us时，SVG 输出感性无功。
3. 与传统无功补偿装置的对比
相比传统的电容器（固定容性）、电抗器（固定感性）或 SVC（静止无功补偿器，基于晶闸管控制电抗器 / 电容器），SVG 的优势在于：
响应速度快：补偿响应时间 < 5ms（SVC 通常为 50-100ms），可跟踪快速变化的无功负载（如电弧炉、风电 / 光伏波动）；补偿范围广：可连续调节容性 / 感性无功（从−QN−QN到+QN+QN，QNQN为额定无功），无需分组投切；谐波含量低：采用 PWM 控制，输出电流谐波畸变率（THD）可 < 3%（传统 SVC 含较高谐波）；占地面积小：无需大容量电抗器 / 电容器组，适合紧凑场景（如户储系统、工业园区）。
二、SVG 的控制策略
SVG 的控制目标是快速、准确地跟踪无功指令，同时维持直流侧电压稳定、抑制谐波和不平衡。控制体系分为信号检测层、外环控制层和内环控制层三级结构，核心是电流闭环控制。
1. 信号检测：无功需求的提取
需实时检测电网中的无功功率或电流分量，作为 SVG 的补偿目标。主流方法基于瞬时无功功率理论：
p-q 法：在 αβ 静止坐标系中，将三相电压、电流变换为 αβ 分量，计算瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，提取无功分量q作为补偿指令；d-q 法：通过 Park 变换将三相量转换到同步旋转 dq 坐标系（与电网电压同步），其中d轴分量对应有功，q轴分量对应无功，直接提取q轴电流作为无功补偿指令。
两种方法均能实现毫秒级检测，d-q 法因将交流量转为直流量，更便于闭环控制，应用更广泛。
2. 外环控制：目标指令生成
外环根据系统需求（如功率因数校正、电压稳定）生成内环的电流指令，主要包括：
无功功率控制：设定目标无功功率QrefQref（如 0，即功率因数 = 1），通过 PI 控制器将实际无功Q与QrefQref的偏差转换为 q 轴电流指令iqrefiqref；电压控制：在弱电网或离网场景，设定电网电压目标值UrefUref，通过 PI 控制器将实际电压U与UrefUref的偏差转换为 q 轴电流指令（电压偏低时输出容性无功抬升电压，反之输出感性无功）；直流侧电压控制：为维持直流电容电压UdcUdc稳定（波动 <±5%），将UdcUdc与目标值的偏差通过 PI 控制器转换为 d 轴电流指令idrefidref（d 轴对应有功，通过微调有功电流平衡直流侧能量）。
3. 内环控制：电流跟踪与 PWM 调制
内环是 SVG 控制的 “执行层”，确保输出电流快速跟踪外环生成的idrefidref和iqrefiqref，抑制扰动（如电网电压波动、负载突变）。主流方法有：
PI 控制（同步旋转坐标系）： 将检测到的实际电流id、iqid、iq（通过 d-q 变换得到）与指令idref、iqrefidref、iqref的偏差经 PI 控制器调节，输出 d-q 轴电压指令udref、uqrefudref、uqref，再通过反 Park 变换得到三相电压指令，最后经 SVPWM（空间矢量脉宽调制）生成 IGBT 驱动信号。 优势：将交流电流控制转为直流分量控制，无静差跟踪； 局限：依赖精确的坐标变换和电网同步（需锁相环 PLL），参数失配会导致动态性能下降。
比例谐振（PR）控制（静止坐标系）： 在 αβ 静止坐标系中直接控制交流电流，通过在基波频率处引入谐振环节（增益无穷大），实现对正弦电流指令的无静差跟踪，同时可在特定谐波频率（如 5 次、7 次）增设谐振点抑制谐波。 优势：无需复杂坐标变换，对电网频率波动鲁棒性强； 应用：适合对谐波抑制要求高的场景（如新能源并网 SVG）。
模型预测电流控制（MPC）： 基于 SVG 的数学模型（考虑电抗器、电网阻抗）预测未来时刻的输出电流，通过滚动优化选择最优 PWM 矢量（使电流误差最小），直接生成开关信号。 优势：动态响应快（比 PI 快 20%-30%），可多目标优化（如降低开关损耗）； 局限：计算量大，需高性能 DSP 支持，适合大功率 SVG（如 100kVA 以上）。
4. 辅助控制：电网同步与保护
锁相环（PLL）：实时跟踪电网电压的相位和频率，为坐标变换和 PWM 调制提供同步基准（如基于二阶广义积分器的 SOGI-PLL，抗电压畸变能力强）；过流 / 过压保护：当输出电流超过 1.5 倍额定值或直流电压超限时，快速封锁 IGBT 驱动信号，避免器件损坏；不平衡补偿：在三相不平衡电网中，通过负序电流闭环控制（类似三相逆变器的不平衡控制），补偿负序分量，平衡三相电流。
三、典型应用场景
SVG 的控制策略需根据应用场景优化：
工业负荷补偿（如电弧炉、轧机）：侧重快速响应（采用 MPC 或 PR 控制），抑制电压闪变；新能源并网（风电、光伏）：需同时补偿无功和谐波（PR 控制 + 谐波谐振），满足电网对功率因数（>0.95）和 THD（<5%）的要求；户储系统：与储能逆变器协同，在离网时维持母线电压稳定（电压外环控制），并网时校正功率因数（无功功率控制）。
总结
SVG 通过 “检测无功需求→生成电流指令→精确跟踪输出” 的闭环控制，实现无功功率的动态补偿。其核心是内环电流控制（PI/PR/MPC），配合外环的无功 / 电压 / 直流电压控制，可快速响应电网需求，是现代电力系统提高稳定性和电能质量的关键设备。在户储、新能源等场景中，SVG 常与逆变器协同工作，共同保障系统的高效、稳定运行。
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