無(wú)功功率補(bǔ)償器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、摘要靜止無(wú)功發(fā)生器(svg)是柔性交流輸電系統(tǒng)中的一種重要的控制器。它是近年來(lái)新出現(xiàn)的一種基于大功率逆變器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，是電力行業(yè)世界前沿科技柔性交流輸電系統(tǒng)中的重要組成部分。它將電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技木壞口現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)裝置輸出電壓相位的控制，對(duì)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)施靈活、快速的控制，從感性到容性的整個(gè)范圍進(jìn)行連續(xù)的無(wú)功調(diào)節(jié)，達(dá)到快速補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的需求，從而抑制電壓波動(dòng)并增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對(duì)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文設(shè)計(jì)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器dsp作為控制核心。充分利用dsp強(qiáng)大的數(shù)字信

2、號(hào)處理功能，育瓣及時(shí)完成采樣、控制、實(shí)時(shí)計(jì)算等任務(wù)，實(shí)珍睞寸系統(tǒng)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。dsp在svg的控制過(guò)程中表現(xiàn)出巨大的潛能，為以后越來(lái)越復(fù)雜的控制策略和方法提供了一種解決平臺(tái)。其主電路及其輔助電路，并且應(yīng)用能夠有效抑制諧波的spwm法進(jìn)行控制，進(jìn)一步改善了輸出電壓波形質(zhì)量。關(guān)鍵詞：靜止無(wú)功發(fā)生器 數(shù)字信號(hào)發(fā)生器 spwm dsp目錄目錄21緒論31.1課題背景與意義31.1.1無(wú)功功率的產(chǎn)生31.1.2無(wú)功功率的影響31.1.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀42 svg的基礎(chǔ)理論52.1無(wú)功功率和功率因數(shù)的定義52.1.1正弦電路無(wú)功功率和功率因數(shù)52.1.2非正弦電路無(wú)功功率和功率因數(shù)

3、62.2無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償原理72.3阻抗補(bǔ)償方案82.3.1晶閘管投切電容器tsc82.3.2晶閘管控制電抗器tcr92.3.3晶閘管控制串聯(lián)電容器tsc102.4電壓源變流器型補(bǔ)償方案102.4.1無(wú)功功率發(fā)生器112.4.2開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器123靜止無(wú)功發(fā)生器（svg）的設(shè)計(jì)123.1靜止無(wú)功發(fā)生器(svg)主電路133.2無(wú)功電流檢測(cè)電路153.3無(wú)功控制電路174 系統(tǒng)仿真與分析184.1仿真結(jié)果與分析20參考文獻(xiàn)23無(wú)功功率補(bǔ)償器（5000va）設(shè)計(jì)1緒論1.1課題背景與意義1.1.1無(wú)功功率的產(chǎn)生在電網(wǎng)中由于大量感性負(fù)載的存在，使線路電壓與線路電流在相位上存在一個(gè)角度差，這

4、樣就引出了無(wú)功功率的概念。無(wú)功功率是一個(gè)反映電源與負(fù)載間的能量交換的物理量，它的大小表明了電源與負(fù)載間能量交換的幅度，本身并不消耗能量。同時(shí)，無(wú)功功率在系統(tǒng)中的流動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)本身也產(chǎn)生了很大的影響。在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，感性負(fù)載占有很大比例。異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、熒光燈等，都是典型的感性負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率中占很大比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無(wú)功功率。感性負(fù)載必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。近年來(lái)，電力系統(tǒng)中非線性用電設(shè)備，特別是電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，而大多數(shù)電力電子裝置功率因數(shù)較低，工作時(shí)基波電流滯

5、后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無(wú)功功率，也給電網(wǎng)帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)，并影響供電質(zhì)量。因此，提高功率因數(shù)已成為電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大課題，正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。1.1.2無(wú)功功率的影響 (1)增加設(shè)備容量。無(wú)功功率的增加會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器等各種電氣設(shè)備的容量和導(dǎo)線的容量增加。 (2)設(shè)備及線路損耗增加。無(wú)功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。 (3)線路和變壓器的電壓降增大。若是沖擊性無(wú)功功率負(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。1.1.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔脽o(wú)功補(bǔ)償是維持現(xiàn)代電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所必須的

6、，它對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不僅大多數(shù)負(fù)荷消耗無(wú)功功率，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件也要消耗無(wú)功功率。網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)荷所需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。因此，合理的方法應(yīng)當(dāng)是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，即進(jìn)行合理的無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)：(1)提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗.(2)穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。 (3)在一些三相負(fù)載不平衡的情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償可以平衡三相的有功功率及無(wú)功負(fù)荷。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 解決電力電子裝置產(chǎn)生

7、的低功率因數(shù)問(wèn)題不外乎兩種途徑：一種是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波也不消耗無(wú)功功率，或根據(jù)需要對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；另外一種是裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，如無(wú)功功率補(bǔ)償器等，設(shè)法對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。前一種方法是對(duì)現(xiàn)有電力電子設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模更新，代價(jià)較大，并且只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置，因此有一定的局限性。而后一種方法則適用于各種諧波源和低功率因數(shù)設(shè)備，并且方法簡(jiǎn)單，已得到廣泛應(yīng)用。 目前，使用較為廣泛的無(wú)功補(bǔ)償方法主要有以下幾種。 (1)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表。同步調(diào)相機(jī)不僅能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，而且對(duì)變化的無(wú)功功率也能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。在過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)

8、供給感性無(wú)功功率，提高系統(tǒng)電壓；在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，降低系統(tǒng)電壓。至今在無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域中這種裝置還在使用，但其運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜，而且總體上說(shuō)這種補(bǔ)償手段已然落后。 (2)并聯(lián)電容器 設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無(wú)功功率的傳統(tǒng)方法之一，目前在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。這種方法有集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償、就地補(bǔ)償三種方式。設(shè)置并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于電容器供給的無(wú)功功率與節(jié)點(diǎn)電壓成正比，當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，供給無(wú)功反而減少，其無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能較差。但其維護(hù)比較方便，裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可分散裝設(shè)。在國(guó)內(nèi)，補(bǔ)償無(wú)功用的最多的辦法是并聯(lián)電容器。 (3)靜

9、止無(wú)功補(bǔ)償 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置是相對(duì)于調(diào)相機(jī)而言的一種利用電容器和各種類型的電抗器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償（可提供可變動(dòng)的容性或感性無(wú)功）的上網(wǎng)裝置，簡(jiǎn)稱靜補(bǔ)裝置或精致補(bǔ)償器。1967年，第一臺(tái)靜止補(bǔ)償裝置在英國(guó)研制成功后，受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，西德、美國(guó)、日本、瑞典、比利時(shí)、蘇聯(lián)等國(guó)競(jìng)先研制、大力推廣，使得靜止補(bǔ)償裝置比調(diào)相機(jī)具有更大的競(jìng)爭(zhēng)力，廣泛用于電力、鐵道、科研等部門，成為補(bǔ)償無(wú)功、電壓調(diào)整、提高功率因數(shù)、限制系統(tǒng)過(guò)電壓、改善運(yùn)行條件的有效設(shè)備。 (4)變流器模塊 由于asvg(advancedstaticvargenerator新型靜止無(wú)功發(fā)生器)的工作原理是建立在電壓型變流器基礎(chǔ)之上的，其基本

10、構(gòu)成單元是變流器模塊，通常采用單相橋式二電平交流器，三相基本模塊的器件利用率相同，所以單純從器件利用率的角度，或者說(shuō)從同容量裝置所需的器件最小數(shù)量的角度而言，三種結(jié)構(gòu)是大體相同的。采用單相橋式變流器模塊的明顯優(yōu)點(diǎn)是便于進(jìn)行分相控制，這對(duì)于asvg在系統(tǒng)電壓不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，特別是不對(duì)稱故障時(shí)的控制是一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。2 svg的基礎(chǔ)理論2.1無(wú)功功率和功率因數(shù)的定義2.1.1正弦電路無(wú)功功率和功率因數(shù)在正弦電路中，負(fù)載是線性的，電路中的電壓和電流都是正弦波。設(shè)電壓和電流可分別表示為：其中，是電流滯后電壓的相角。電流分解為電壓同相位的分量，和比電壓滯后90的分量。電路的有功功率就是其平均功率，即：=電

11、路的無(wú)功功率定義為：工程上，把電壓電流有效值的乘積作為電氣設(shè)備功率設(shè)計(jì)極限，這個(gè)值也就是電氣設(shè)備最大可利用容量，稱為視在功率：有功功率和視在功率的比值為功率因數(shù)：2.1.2非正弦電路無(wú)功功率和功率因數(shù)在含有諧波的非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義和正弦電路相同。經(jīng)傅里葉分解，有功功率p為：視在功率為: 其中，為第次諧波電壓、電流有效值，為第次諧波電壓與電流相角差，(=1,2,3)。含有諧波的非正弦電路中的無(wú)功功率情況非常復(fù)雜，至今沒(méi)有被廣泛接受?？梢远x無(wú)功功率：其中，無(wú)功功率只反映了能量的流動(dòng)和交換，并不反映能量在負(fù)載中的消耗。因此，這一定義被廣泛接受。但是，這一定義對(duì)無(wú)功功率

12、的描述是很粗糙的，它沒(méi)有區(qū)別基波電壓和電流之間產(chǎn)生的無(wú)功功率。也就是說(shuō)，這一定義，對(duì)于諧波源和無(wú)功功率的辨識(shí)，對(duì)于理解諧波和無(wú)功功率的流動(dòng)，都缺乏明確的指導(dǎo)意義。于是，為了更加清楚，也可以這樣定義無(wú)功功率：其中，是由同頻率電壓和電流正弦波分量之間產(chǎn)生的，已沒(méi)有度量電源和負(fù)載之間能量交換幅度的物理意義了。2.2無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償原理對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能：(1) 對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功負(fù)荷的功率因數(shù)進(jìn)行校正，使其保持在一定范圍內(nèi)；(2) 改善電壓，防止過(guò)電壓和欠電壓；(3) 減小電壓和電流的不平衡；(4) 減少電壓波動(dòng)，抑制電壓崩潰；(5) 減少諧波；(6) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限值；(

13、7) 提高系統(tǒng)三相平衡化，使系統(tǒng)三相平衡程度提高。2.3阻抗補(bǔ)償方案2.3.1晶閘管投切電容器tsc (a）單相結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (b）電壓電流特性圖2-1晶閘管投切電容器tsc(thyristor switched capacitor)電路如圖2-1所示，通過(guò)控制晶閘管開關(guān)在電網(wǎng)上投切并聯(lián)電力電容器c，改變電網(wǎng)負(fù)載的總阻抗性質(zhì)。其中的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來(lái)抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流的。因此，當(dāng)電容器投入時(shí)，tsc的電壓電流特性就是該電容的伏安特性。電容器c從電網(wǎng)吸收容性電流，相當(dāng)于為電網(wǎng)提供感性電流，從而補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功，負(fù)載無(wú)功功

14、率的大小是隨機(jī)變化的，因此一般設(shè)置多個(gè)小容量的tsc，根據(jù)情況分級(jí)投切，才能得到較好的補(bǔ)償效果。其電壓電流特性按照投入電容器組數(shù)的不同可以是圖1-1（b）中的oa、ob或oc。當(dāng)tsc用于三相電路時(shí)，可以是連接，也可以是y連接，每一項(xiàng)都可以設(shè)計(jì)成分組投切的。盡管這種方法的調(diào)節(jié)是有限的，但補(bǔ)償電流不含諧波。 電容器的分組投切在較早的時(shí)候大多是用機(jī)械斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即投切電容器，和機(jī)械斷路器相比，晶閘管的操作壽命幾乎是無(wú)限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，以減少投切時(shí)的沖擊電流和操作困難。另外與tcr相比，tsc雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，但具有運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波而且損耗較小的優(yōu)點(diǎn)。2.3.2晶閘

15、管控制電抗器tcr （）單相（）三相圖2-2晶閘管控制電抗器tcrtcr(thyristor controlled reactor)電路如圖22所示tcr采用相控原理，其有效移相范圍為90180。當(dāng)觸發(fā)角=90時(shí)，晶閘管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角=180，此時(shí)電抗器吸收的無(wú)功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式和中可知：增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量。所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)延遲角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的效果。在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用晶閘管控制電抗變壓器。這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可

16、以不裝設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過(guò)較小的電抗器與晶閘管連接。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無(wú)功補(bǔ)償。由于單獨(dú)的tcr只能吸收無(wú)功功率，而不能發(fā)出無(wú)功功率，因此可以將并聯(lián)電容器與tcr配合使用構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為tcr與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (tcr+fc)和tcr與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(tcr+msc)。這種具有tcr型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用廣泛。2.3.3晶閘管控制串聯(lián)電容器tsc圖2-3 晶閘管控制串聯(lián)電容器t

17、sc晶閘管控制串聯(lián)電容器tcsc(thyristorcontrolledseriescapacitor)由串聯(lián)補(bǔ)償電容器和與其并聯(lián)的晶閘管控制的電抗器組成，在實(shí)際中一般用幾個(gè)基本tcsc模塊串聯(lián)而成以得到所需的電壓等級(jí)和工作特性。tcsc基本思想是通過(guò)控制tcsc并聯(lián)支路的晶閘管的觸發(fā)延遲角控制電抗器來(lái)部分抵消串聯(lián)電容以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償電容值的連續(xù)調(diào)節(jié)。 tcsc可以控制為合適的電容或者電抗，從而通過(guò)調(diào)節(jié)傳輸線的阻抗來(lái)調(diào)節(jié)線路的功率潮流傳輸。然而tcsc存在一些缺點(diǎn)：第一，由于tcsc的等效阻抗是通過(guò)控制其晶閘管導(dǎo)通延時(shí)角來(lái)調(diào)節(jié)，所以其晶閘管是部分導(dǎo)通的，這樣會(huì)在線路中注入低次諧波電壓; 第二，t

18、csc的阻抗調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，在其最小等效容性阻抗和最小等效感性阻抗間存在一個(gè)不可控區(qū)，若tcsc是由基本單元串聯(lián)而成，則它的阻抗不可控區(qū)將很大，使tcsc無(wú)法完全對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制。一般系統(tǒng)傳輸線路中分設(shè)多個(gè)tcsc元件，協(xié)調(diào)調(diào)控有效減小整個(gè)系統(tǒng)阻抗不可控區(qū);第三，tcsc只實(shí)現(xiàn)對(duì)線路阻抗的補(bǔ)償，而不改變線路感性性質(zhì)，所以tcsc只可調(diào)節(jié)潮流大小而不改變潮流方向;第四，串聯(lián)電容與傳輸線路電抗會(huì)在次同步頻率點(diǎn)=(電網(wǎng)頻率)(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩諧振頻率)發(fā)生次同步諧振，所以實(shí)際應(yīng)用要防止與系統(tǒng)發(fā)生同步諧振，常在電感支路中串聯(lián)一個(gè)小電阻r，阻尼電力系統(tǒng)的此同步諧振。2.4電壓源變流器型補(bǔ)償方案電壓源變流器

19、型補(bǔ)償是利用電力電子開關(guān)組成變換器，向電網(wǎng)提供負(fù)載需要的無(wú)功功率，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。變換器可以和電網(wǎng)并聯(lián)，向電網(wǎng)注入無(wú)功電流，也可以串聯(lián)在電網(wǎng)中，補(bǔ)償基波電壓。2.4.1無(wú)功功率發(fā)生器（a)電壓型橋式電路（b）電流型橋式電路 圖2-4 無(wú)功功率發(fā)生器無(wú)功功率發(fā)生器為并聯(lián)型，電路結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，它是以電容c的充電電壓作為直流電源的三相全橋電壓型逆變器，其輸出經(jīng)電感l(wèi)（電抗）并聯(lián)接至三相交流電網(wǎng)，輸出電流滯后電感上電壓，對(duì)開關(guān)器件進(jìn)行pwm控制，使得逆變器輸出電壓跟蹤電網(wǎng)電壓，如果大于，逆變器輸出電流比滯后的，如果小于，逆變器輸出電流反向。因此，調(diào)控逆變器輸出電壓的大小，可以方便地改變向電網(wǎng)輸出

20、無(wú)功功率的大小和性質(zhì)。無(wú)功功率發(fā)生器的控制與有源逆變類似，電路結(jié)構(gòu)如圖1-4(b)所示，不同的是其輸出無(wú)功功率。為了維持逆變器的直流電壓源（電容c的電壓）恒定，要求電網(wǎng)向其輸入少量的有功功率，以補(bǔ)償開關(guān)損耗和線路損耗。可以采用無(wú)功電流和直流電壓的閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)輸出電壓的相位，使輸出電流除含有無(wú)功電流外，還有一定的負(fù)有功電流。pwm電壓源變流器型無(wú)功功率發(fā)生器和早期采用的“旋轉(zhuǎn)式無(wú)功同步補(bǔ)償機(jī)”一樣，可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率，因此它又稱為先進(jìn)的靜止型無(wú)功功率發(fā)生器asvg（advanced static var generator）。它是電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。2.4.2開關(guān)型串聯(lián)基波電

21、壓補(bǔ)償器圖2-5 pwm開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器基于pwm變換器的串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器如圖2-5所示，變換器輸出電壓與負(fù)載電流相差，將無(wú)功功率串聯(lián)注入電網(wǎng)，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。這種方案既能連續(xù)調(diào)控，又能雙向補(bǔ)償（升高電壓或降低電壓都能實(shí)現(xiàn)），且不會(huì)引發(fā)lc振蕩，是一項(xiàng)先進(jìn)的調(diào)控電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓、補(bǔ)償線路感抗、增強(qiáng)電力系統(tǒng)傳輸功率極限、增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)。這種pwm開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器被稱為靜止串聯(lián)同步電壓補(bǔ)償器sssc（static synchronous series compensatory）。3靜止無(wú)功發(fā)生器（svg）的設(shè)計(jì) 圖3-1 svg結(jié)構(gòu)圖 靜止無(wú)功發(fā)生器（svg）的工作原理就是

22、通過(guò)電抗器或電容器直接把三相橋式電路連到電網(wǎng)上，通過(guò)調(diào)節(jié)三相橋式電路交流側(cè)電流或電壓的幅值和相位，就可以是該電路發(fā)生需要的容性或感性無(wú)功電流，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。根據(jù)其工作原理，svg由主電路、無(wú)功檢測(cè)電路和pwm控制電路三部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。3.1靜止無(wú)功發(fā)生器(svg)主電路 由于svg正常工作時(shí)就是通過(guò)電力電子開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此，當(dāng)僅考慮基波時(shí)svg可以等效地被視為幅值和相位均可控的與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過(guò)交流電抗器連接到電網(wǎng)上。這樣

23、，svg的工作原理可用圖2-2所示的等效電路來(lái)說(shuō)明。設(shè)電網(wǎng)電壓和svg輸出交流電壓分別用相量和表示，則連接電抗 x 上的電壓即為和的相量差, 而連接電抗的電流是可以由其電壓來(lái)控制的。這個(gè)電流就是 svg 從電網(wǎng)吸收的電流。因此，改變svg交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制svg從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了svg吸收無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。（a）單相等效電路（b） 工作向量圖圖3-2 svg等效電路及工作原理 ( 不考慮損耗)在圖3-2（a）的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，沒(méi)有考慮其損耗以及變流器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收有功能量。在這種情況

24、下，只需使與同相，僅改變的幅值大小即可以控制svg從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后90, 并且能控制該電流的大小。如圖3-2（b）所示,當(dāng)大于時(shí) ,電流超前電壓90，svg吸收容性的無(wú)功功率；當(dāng)小于時(shí)，電流滯后電壓90，svg吸收感性的無(wú)功功率。 (a)單相等效電路圖 （b）電流超前 （c）電流滯后 圖3-3 svg單相等效電路圖考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗（如管壓降、線路電阻等）, 并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則svg的實(shí)際等效電路如圖3-3（a）所示，其電流超前和滯后工作的相量圖如圖3-3（b）所示。用向量和分別表示電網(wǎng)電壓和svg輸出電壓，由kvl可知： （3-1

25、）由于連接電抗的作用，和之間不再是，而是比少了角。通過(guò)調(diào)節(jié)與的相位差和的幅值來(lái)控制svg是發(fā)生容性無(wú)功還是感性無(wú)功，當(dāng)且時(shí)svg發(fā)出感性無(wú)功功率，當(dāng)且時(shí)發(fā)出容性無(wú)功功率。 電壓型svg直流側(cè)采用直流電容，它的電壓值和電容值的選擇會(huì)影響svg系統(tǒng)的補(bǔ)償容量。在本次課設(shè)中，相電壓=220v，直流側(cè)電壓，tcr額定輸出功率=5000 var，令負(fù)載阻抗角為45度，即，由 （3-2）得 ，又因?yàn)?（3-3）所以 與交流系統(tǒng)的連接電感具有調(diào)節(jié)svg裝置跟蹤期望補(bǔ)償電流的能力，電感值越大，跟蹤效果越慢，值越小就會(huì)形成發(fā)生電流和期望電流較大的超調(diào)量，會(huì)使系統(tǒng)振蕩，并且電流電壓波形也會(huì)有毛刺，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，

26、因而根據(jù)能量守恒定律： （3-4）忽略電阻，可得出： （3-5）式（3-5）中，為逆變器輸出電流的最大值。所以，可得出。3.2無(wú)功電流檢測(cè)電路圖2-4 基波無(wú)功分量和諧波分量電流的檢測(cè)電路系統(tǒng)環(huán)流器換流產(chǎn)生的諧波，其功率因數(shù)可定義如下： （3-6）式（3-6）中，、為基波電流有效值其與基波電壓的相位差；為總電流有效值。根據(jù)公式（3-6）：諧波和基波相移是無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕绊懸蜃?。故?yīng)在裝置允許的范圍內(nèi)，將除了基波有功分量以外的所有諧波和基波無(wú)功都補(bǔ)償?shù)?。為了使svg產(chǎn)生的無(wú)功電流能更好地跟蹤待補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流，基于 、的無(wú)功電流的檢測(cè)方法，對(duì)基波無(wú)功電流和諧波電流進(jìn)行檢測(cè)。將a、b、c三相靜止坐標(biāo)

27、系經(jīng)過(guò)派克變換（park transform）形成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，以更好地控制功率流動(dòng)。其控制算法的原理框圖如圖3-4所示： 圖3中的變量如式（3-7）、式（3-8）及式（3-9）所示： （3-7） 式（2-7）中，；基波有功分量： (3-8)式（2-8）中，基波無(wú)功和諧波分量之和：3.3無(wú)功控制電路圖3-5 電流滯環(huán)控制工作原理示意圖 采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型pwm交流電路有以下特點(diǎn)：（1） 硬件電路簡(jiǎn)單；（2） 屬于實(shí)時(shí)控制紡織，電流反應(yīng)快；（3） 不需要載波，輸出電壓波形中不含有特定頻率的諧波分量；（4） 和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多。相比電流間接控

28、制，電流直接控制響應(yīng)速度和控制精度更優(yōu)。電流直接控制就是對(duì)電流波形的瞬時(shí)值采用跟蹤型pwm控制技術(shù)進(jìn)行反饋控制。滯環(huán)比較控制是跟蹤型pwm控制技術(shù)的一種，其跟蹤效果好，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示。滯環(huán)比較控制的輸入是補(bǔ)償電流指令值和主電路逆變器發(fā)出電流值之差。逆變器開關(guān)的開合是通過(guò)差值控制的。其比滯環(huán)最小控制值小時(shí)，控制功率開關(guān)在電流減小狀態(tài)；比滯環(huán)最大控制值大時(shí)，則在電流增大狀態(tài)，此時(shí)發(fā)出電流就會(huì)根據(jù)指令電流的軌跡在滯環(huán)寬度帶內(nèi)跟蹤，使逆變器輸出電流能夠較好的跟蹤補(bǔ)償電流指令值。,4 系統(tǒng)仿真與分析圖4-1無(wú)功發(fā)生其子模塊c32c變換如圖4-1所示：圖4-1 c32c子模塊電路圖其子模塊c23c變換如圖4-2所示：圖4-2 c23c子模塊電路圖4.1仿真結(jié)果與分析補(bǔ)償前a相電流與電壓的波形如圖4-3所示：圖4-3 補(bǔ)償前電壓電流波形圖補(bǔ)償后a相電流與電壓的波形如圖4-4所示：圖4-4 補(bǔ)償后電流電壓波形圖從圖4-3與圖4-4的波形圖中可以看出，在補(bǔ)償前，電壓與電流的相角差恒定，在補(bǔ)償后，電壓與電流的相角差逐漸減小，直至電壓與電流相位