3. SVG基础
在APF SVG HIL测试与调试课程中，理解SVG（Static Var Generator，静止无功发生器）是后续建模、控制器验证与故障复现的前提。SVG本质上是一台基于电压源型变流器（VSC）的并联型无功补偿装置，它通过快速调节输出电流的幅值与相位，向电网注入或吸收无功功率，从而稳定并网点电压、改善功率因数。与传统的TSC、TCR等无源补偿设备相比，SVG具有连续可调、响应快、低谐波、体积小等优势，是当前新能源场站与工业配电系统的主流动态无功补偿方案。
一、SVG主电路拓扑结构
典型SVG采用三相桥式电压源变流器结构，直流侧为电容储能，交流侧经连接电抗器（或变压器）并入电网。其核心组成包括：直流母线电容、三相全桥IGBT模块、交流滤波电感、并网开关与预充电回路、电压电流采样与驱动保护电路。直流电容只承担电压支撑与瞬时能量缓冲，不参与无功的长期吞吐，因此容量远小于同容量的STATCOM早期方案。
在HIL测试中，SVG主电路通常被拆分为“控制器+功率级模型”两部分：真实控制器运行在DSP/FPGA上，功率级与电网用实时仿真器（如RT-Box、Typhoon HIL、RTDS）建模，通过IO或光纤交互PWM与采样信号。理解拓扑结构，才能正确划分HIL的接口边界。
二、无功补偿原理
SVG的无功补偿原理可以用“可控电压源”来理解。设并网点电压为Us，SVG交流侧输出电压为Uc，连接电抗为X，则流过电抗的电流I = (Uc − Us)/jX。当Uc幅值大于Us时，电流超前电压，SVG发出容性无功；当Uc小于Us时，电流滞后电压，SVG吸收感性无功。通过快速调节Uc的幅值和相位，即可连续控制无功功率的大小与方向。
在dq旋转坐标系下，控制器通常采用双闭环结构：外环为直流电压环或交流电压环，生成有功/无功电流指令；内环为电流环，跟踪指令并输出调制波。其核心公式可简化为：
iq_ref = Kp_v * (Uac_ref - Uac_meas) + Ki_v * ∫(Uac_ref - Uac_meas)dt
ud = ed + ωL*iq - Kp_i*(id_ref - id)
uq = eq - ωL*id - Kp_i*(iq_ref - iq)其中iq_ref为无功电流指令，id_ref通常由直流电压环生成，用于维持直流母线电压稳定。HIL测试时，需要重点验证外环指令响应、内环跟踪精度以及PLL在电网电压畸变或跌落时的锁相稳定性。
三、电压支撑功能
SVG的电压支撑功能体现在两个层面：一是稳态调压，通过注入无功改变线路压降，使并网点电压维持在目标范围；二是暂态支撑，在电网电压跌落或骤升时快速输出无功，抑制电压波动。对于新能源场站，SVG常与风电场、光伏电站的并网导则要求配合，具备低电压穿越（LVRT）和高电压穿越（HVRT）能力。
在HIL调试中，电压支撑功能的验证通常包括以下场景：
- 电网电压阶跃跌落10%、20%、50%，观察SVG无功电流响应时间与超调量；
- 电网电压骤升，验证SVG吸收无功的能力与直流母线过压保护；
- 三相不平衡与谐波背景下的电压支撑效果；
- 多台SVG并联时的无功分配与环流抑制。
四、SVG与APF的异同
SVG与APF在硬件拓扑上高度相似，均采用三相电压源变流器，但控制目标与输出特性不同。SVG主要补偿基波无功，输出电流以50Hz基波为主；APF主要补偿谐波电流，输出电流包含多次谐波分量。两者在HIL测试中的关注点也不同：SVG侧重无功响应、电压支撑与暂态稳定；APF侧重谐波检测精度、补偿带宽与动态跟踪。
| 对比维度 | SVG | APF |
|---|---|---|
| 补偿对象 | 基波无功、电压支撑 | 谐波电流、无功（部分型号） |
| 输出电流特征 | 以基波为主，幅值相位可调 | 含多次谐波，需宽频带跟踪 |
| 控制核心 | 电压外环+电流内环，PLL锁相 | 谐波检测+电流环，需快速FFT或瞬时无功理论 |
| HIL测试重点 | 无功响应、LVRT/HVRT、直流电压稳定 | 谐波补偿率、动态响应、多机并联谐振 |
| 直流侧容量 | 较小，仅缓冲瞬时能量 | 较小，但需应对谐波功率波动 |
| 典型应用 | 新能源场站、工业配电、电网调压 | 数据中心、电弧炉、变频器群谐波治理 |
五、常见误区与复盘
复盘建议：在HIL测试前，先明确SVG的容量、连接电抗、直流电压和开关频率等关键参数，再搭建“电网+SVG+负载”的闭环模型。测试顺序建议从稳态无功阶跃开始，逐步过渡到电压跌落、谐波背景和并联运行，最后进行保护与故障穿越验证。只有把拓扑、原理、功能和差异都吃透，后续的HIL调试才能有的放矢。