4. SVG容量计算基础

SVG容量配置的核心问题不是“装多大”，而是“在什么运行方式下，场站缺多少无功、多出多少无功”。因此容量计算必须从无功平衡出发，先建立统一的符号约定，再分别分析负荷与发电的无功特性，最后用无功缺额和裕度共同确定SVG的容量。

一、先约定符号与参考方向

工程计算中最容易出错的是符号。本节统一采用如下约定：以场站并网点（PCC）向电网注入无功为正，即场站向电网发出感性无功为正；场站从电网吸收感性无功为负。负荷消耗感性无功记为 Q_L（正值），发电单元发出感性无功记为 Q_G（正值），SVG输出感性无功记为 Q_SVG（正值表示发出感性无功，负值表示吸收感性无功）。

并网点无功平衡关系为：

Q_PCC = Q_G + Q_SVG − Q_L − Q_T

其中 Q_T 为升压变压器及集电线路的无功损耗（感性，正值）。若要求并网点满足调度下达的目标无功 Q_ref，则SVG需要承担的无功为：

Q_SVG = Q_ref − Q_G + Q_L + Q_T

当 Q_SVG 为正，表示SVG需发出感性无功（容性补偿）；为负，表示SVG需吸收感性无功（感性补偿）。这就是容量计算的基本方程。

二、负荷与发电的无功特性

场站内的无功“源”和“汇”主要有三类。第一类是集电线路和主变，其无功损耗与电流平方成正比，即 Q_T ≈ I²X，随有功出力增大而增大，是典型的感性无功需求。第二类是箱变、站用变等负荷，其励磁无功基本恒定，可按额定容量的百分比估算，一般取 4%～8%。第三类是风电机组或光伏逆变器，其无功能力受有功出力约束。

以风电机组为例，其无功调节范围通常表示为功率因数区间，如 −0.95～+0.95。当有功出力为 P 时，可发出的感性无功上限约为：

Q_G,max ≈ P × tan(arccos(0.95)) ≈ 0.329 P

光伏逆变器类似，但夜间无有功时通常不具备无功输出能力，或仅保留很小的SVG模式容量。因此发电单元的无功能力是“随出力变化”的，不能按额定值简单折算。

三、无功缺额分析

无功缺额定义为：在某一运行方式下，为满足并网点目标无功，SVG需要提供的无功量。它随有功出力、负荷水平和电网电压变化。工程上通常选取若干典型工况分别计算，取包络值作为容量依据。

典型工况包括：

• 大发满出力、夜间负荷高：线路无功损耗大，发电单元无功能力充足，但若调度要求吸收无功，则SVG需吸收。
• 小发或零出力、白天负荷低：发电单元几乎无无功能力，线路损耗小，SVG需发出感性无功支撑电压。
• 电压偏高、调度要求吸收无功：SVG需吸收感性无功，考验感性容量。

下面用一组示例参数说明计算过程。设某风电场装机 100 MW，主变阻抗 12%，集电线路等效电抗 0.35 Ω/km，送出线路 20 km，目标功率因数在 0.95（滞后）到 0.95（超前）之间可调。取大发工况 P = 100 MW，Q_G 按 0.95 功率因数估算为 32.9 Mvar，线路及主变无功损耗估算为 18 Mvar，站用负荷无功 2 Mvar。若调度要求并网点 Q_ref = 0，则：

Q_SVG = 0 − 32.9 + 2 + 18 = −12.9 Mvar

即大发工况下SVG需吸收约 12.9 Mvar 感性无功。再取小发工况 P = 10 MW，Q_G ≈ 3.3 Mvar，线路损耗约 1.5 Mvar，负荷无功 2 Mvar，若要求并网点发出 10 Mvar 感性无功，则：

Q_SVG = 10 − 3.3 + 2 + 1.5 = 10.2 Mvar

可见同一场站在不同工况下，SVG既可能吸收也可能发出无功，容量必须同时覆盖两个方向。

四、容性/感性无功需求计算

容性需求指SVG需要发出感性无功（对系统呈容性补偿）的工况，通常出现在小发、重负荷、电压偏低时。感性需求指SVG需要吸收感性无功的工况，通常出现在大发、轻负荷、电压偏高时。计算时应对每个工况分别求出 Q_SVG，然后取正最大值作为容性容量需求，取负最大值的绝对值作为感性容量需求。

需要特别注意的是，发电单元自身的无功能力应作为“可用资源”计入，而不是全部由SVG承担。若发电单元具备动态无功能力，可在计算中扣除其可发无功，从而降低SVG容量。但若调度要求发电单元按单位功率因数运行，则其无功能力不可用，SVG需承担全部缺额。

五、容量裕度确定方法

得到容性和感性需求后，还需考虑以下因素确定最终容量：

• 计算误差与参数偏差：线路阻抗、主变阻抗、负荷估算均存在误差，一般取 10%～15% 裕度。
• 电压波动范围：电压偏离额定值时，SVG实际输出能力会下降，需按最低电压校核。
• 未来扩建：若场站有扩容计划，应按最终规模预留。
• 调节死区与响应时间：SVG需留出调节余量，避免长期运行在极限。

综合以上，最终容量可按下式确定：

S_SVG = max(|Q_容性需求|, |Q_感性需求|) × (1 + K_裕度)

其中 K_裕度 一般取 0.1～0.2。以上例为例，容性需求 10.2 Mvar，感性需求 12.9 Mvar，取 K = 0.15，则 S_SVG = 12.9 × 1.15 ≈ 14.8 Mvar，工程上可选 15 Mvar 或 16 Mvar 规格。

实际工程中，建议将上述计算整理为工况表，逐行填写 P、Q_G、Q_L、Q_T、Q_ref 和 Q_SVG，最后取包络并乘以裕度系数。这样得到的容量既有计算依据，也便于后续校核和评审。