2. SVG工作原理与主电路拓扑

静止无功发生器（SVG，又称STATCOM）的核心思想，是用电力电子变流器“造”出一个幅值、相位都可控的交流电压源，再通过一个连接电抗器与电网耦合。只要控制变流器输出电压与电网电压之间的幅值差和相位差，就能控制流过电抗器的电流大小与方向，从而连续、快速地吸收或发出无功功率。理解这一点，是理解后面所有拓扑选择与运行模式的基础。

一、从“电压差驱动电流”看工作原理

设电网相电压为 Us，变流器输出相电压为 Uc，连接电抗为 X。忽略损耗时，电抗器上的电压相量为 ΔU = Us − Uc，电流相量 I = ΔU / (jX)。由此得到两条关键结论：

• 当 |Uc| > |Us| 时，电流超前电网电压，SVG 呈容性，向电网注入无功（相当于发出无功）；
• 当 |Uc| < |Us| 时，电流滞后电网电压，SVG 呈感性，从电网吸收无功。

因此，SVG 不需要像 TCR 那样依靠大容量电容器组和电抗器组切换，而是通过调节 Uc 的幅值（以及小幅相位）实现无功的连续双向调节。这也是它响应速度快（典型全响应时间 10～40 ms）、低电压下仍能输出较大无功的根本原因。

二、电压源型与电流源型SVG

按直流侧储能元件的性质，SVG 分为电压源型（VSC）和电流源型（CSC）两大类。

电压源型SVG直流侧并联大电容，维持近似恒定的直流电压 Udc，交流侧通过桥式变流器输出可控电压。它是目前工程上绝对主流的方案，原因是：电容储能密度高、体积小、成本低；桥臂可采用 IGBT/IGCT 等全控器件，配合 PWM 或阶梯波调制即可获得良好波形；多台并联扩容方便。其缺点是直流侧短路时电容放电电流大，需要快速保护。

电流源型SVG直流侧串联大电感，维持近似恒定的直流电流 Idc，交流侧输出可控电流。它的优点是直流侧短路电流受电感限制、天然具备限流能力，且输出电流波形更接近正弦；缺点是平波电抗器体积大、损耗高、动态响应相对慢，且需要器件承受反向电压，工程应用远少于电压源型。在需要大电流、强限流或特殊工业场合才会考虑。

三、多电平与模块化多电平拓扑

两电平变流器结构简单，但开关频率高、dv/dt 大、谐波含量高，难以直接用于中高压电网。为此发展出多电平拓扑，用多个电平逼近正弦波，降低谐波和器件应力。

常见多电平拓扑包括：二极管钳位型（NPC）、飞跨电容型、级联H桥型（CHB）以及模块化多电平（MMC）。其中 MMC 由多个结构相同的子模块（SM）串联成桥臂，通过投入/切除子模块来“拼”出阶梯波，具有模块化、易扩展、冗余能力强、输出谐波低等突出优点，已成为中高压大容量 SVG 的首选拓扑。

MMC 子模块常见半桥结构：两个 IGBT 与反并联二极管组成，输出端电压为 Uc 或 0；全桥结构则可输出 +Uc、0、−Uc，具备直流故障阻断能力。桥臂电抗器 Larm 用于抑制环流和限制故障电流上升率，是 MMC 设计中的关键参数。

四、并网接口与运行模式

SVG 并网接口通常由并网变压器、连接电抗器（或电抗+滤波支路）、断路器与保护、以及测量与同步环节组成。并网变压器一方面把变流器低压侧升到电网电压等级，另一方面通过接线组别隔离零序、限制短路电流。连接电抗器既承担电压差驱动电流的耦合作用，也承担滤除开关谐波的任务。测量环节需要采集并网点三相电压、电流，用于锁相（PLL）获取电网相位，这是所有控制的前提。

运行模式上，SVG 一般具备以下几种：

• 恒无功模式：按调度指令输出固定无功 Qref，适合稳态无功补偿；
• 恒电压模式：以并网点电压为控制目标，自动调节无功以维持电压，适合弱电网或电压波动大的场合；
• 恒功率因数模式：维持并网点功率因数接近 1，常用于新能源场站；
• 电压支撑/低电压穿越模式：电网故障电压跌落时，按比例输出无功支撑电压，是新能源并网标准强制要求的能力。

实际运行中，SVG 的容量受直流电压和器件电流限制，输出无功存在上下限。当指令超出容量时，控制器进入限幅，此时应关注是否触发过流或直流电压跌落保护。判断运行是否正常，可观察三个量：并网点电压是否稳定在目标附近、输出无功是否跟随指令、直流电压 Udc 是否维持在额定值附近（典型波动不超过 ±5%）。若 Udc 持续偏低，往往说明有功损耗过大或子模块故障；若输出无功不跟随，则应检查锁相、电流内环和调制环节。

综上，SVG 的工作原理可以概括为“电压差驱动电流、电流决定无功”，主电路拓扑则围绕电压源型、多电平与 MMC 展开，并网接口负责耦合、隔离与测量，运行模式决定它在不同工况下如何响应。理解这四者的关系，才能在实际选型、调试和排障中做出正确判断。