靜止無功發(fā)生器(SVG原理簡介)

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PHIMIKAPHIMIKA靜止功發(fā)生器——（）原理簡介靜止無功發(fā)生器(SVG)是采用全控型電力電子器件組成的橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。SVG思想在20紀70年就有人提出,1980年本制了20MVA的用強迫換相晶閘管橋式電路的SVG1991和年日本和美國分別制成功8和10OMVA采用GTO閘管的VG目前國上有關SVG研究和將其應用于電網(wǎng)工實際的興正是方未艾,國有關的研究也已見諸報道。與傳統(tǒng)的以TCR為代表的SVC相,SVG的調(diào)節(jié)速度更快運行范圍寬,而在采取多重化或PWM技等措施后可大大少補償電流中諧波的含量。更重要的是,SVG使用的電抗器和電容元件遠比SVC中使用的抗器和電容要小,這將大縮小裝置的體積成本。由于SVG具如此優(yōu)越的性能是今后動態(tài)無功補償裝置的重要發(fā)展方向。一、SVG的基本原理及點SVG基本原是將橋式變流電路通過電抗器并聯(lián)(或接并聯(lián))在網(wǎng)上,適當節(jié)橋式變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流使電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流,從而現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹Ｔ趩蜗嚯娐分?與波無功功率有關的能量是在電源和負載之間來回往返的。但是在平衡的三相電路中,不論負載的功率因數(shù)如何,三相時功率之和是一的在何時刻都等于三相總有功功率此總體上看三相電路的電源和負載之間沒有無功能量來回往返,無功能量是在三相之間來回往返的。所以如果用某種方法將三相各部分總體上統(tǒng)一起來處理,則因總體來看三相電路電源和負載間沒有無功能量的傳遞,在的負載側(cè)就無需設置功能件。相橋式流電路際上就具有這種將三相各部分總體上統(tǒng)一起來處理的特點。因此,理上講,SVG的三相橋式變流電路的直流側(cè)可以不設儲能元件。但實際上,考到流電路吸的流不含基波其諧的存在多少會造成總體來看有少許無功能量在電源和SVG之往返。所以為維橋式交流電路的正常工作其直流側(cè)仍需要一定大小的電感或電容作為儲能元件但所儲能元件的容量遠比所能提供的無功容量要小而對統(tǒng)的SVC,其需儲能元件的容至少等其提供無功率的容量。此SVG中儲能元件的體積和成本比同容量的SVC中大大減小。根據(jù)直流側(cè)儲能元件的不同,SVG分采電壓型式電和流橋式電兩種類型,其路基本結(jié)構(gòu)如圖1a和1b所示,別采用電容和電感兩種不同的儲能元。對電型橋式路,還需再串聯(lián)上連接電抗器才能并入電網(wǎng)；對流型橋電路,還在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相過電的電容際由于行效率的原因,迄今入實用的SVG大都采用電壓型橋式電路,因此前SVG

往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作動態(tài)無功補償?shù)难b置，飛明佳公司研發(fā)SVG也是采用的該種方式。在以下的內(nèi)容中，只介紹采用自換相電壓型橋式電路的SVG。由于SVG正工作時就是通過電力電子開關的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換交流側(cè)電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個電壓型逆變器,只過其交流側(cè)輸出接的是源載而是電。因此，當僅考慮基波時SVG可等效地被視為幅值和相位均可控的與電網(wǎng)同頻的交流壓源。通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。這樣,SVG的作原理可用圖所示的等效電路來說明。設電電和SVG輸出流電壓分別用相量?s和1表,則連接電抗X上電壓?L即?s和的量差,而接電抗的電流是可以由其電壓來控制的。這個電流就是SVG從網(wǎng)吸收的電流。此改SVG交流側(cè)輸出電壓?的值及其相對于s的位,就以改變連接電抗上的電壓,從控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值,也控制了SVG吸無功功率的性質(zhì)大。在圖2a的效電路中,將連電抗器視為純電感,沒有考慮其損耗以及變流器的損耗,因不必從電網(wǎng)吸收有功能量。在這種情況下,只使?1與?s相，僅改?的值大小即可以控制SVG從網(wǎng)吸收電流是前還是滯后90°并且能控制該電流的大小。如圖2b所當U1大于Us電流前電壓90,SVG吸容性的無功功率；當U1小于Us時,電滯電壓90°,SVG吸感性的無功功率。圖2SVG效電路及工作原理(不慮耗a)單等效電路b)工相量圖

考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗(如壓降、線路電阻等并將的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮,則的實等效電路如圖3a所其流超前和滯后工的量圖如圖3b所示。在這種情況下變流器電壓1與電仍是相差°,因變流器無需有功能量。而電網(wǎng)電壓S與電流?的差則不再是90,是比90小了δ角,因電網(wǎng)提供了有功功率來補充電路中的損耗就是說，相對于電網(wǎng)電壓來講,電流?中一定量的有功分量。這個δ角也就是變流器電壓?1與電電壓?s的相差。改變這個相位差,并改變?1的幅,則生的電流的相位和大小也就隨之改變SVG電網(wǎng)吸收的無功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。根據(jù)以上對工作原理的分析,可得SVG的壓-電特性如圖所。同TCR等統(tǒng)SVC一樣,改變控制統(tǒng)的參數(shù)(電網(wǎng)壓的參考值Uref),可以使得到的電-電流特性上下移動。但是可以看出,與傳統(tǒng)SVC電壓電特性不同的是,當電網(wǎng)電壓下降,補器電-電流特性向下調(diào)整時可以調(diào)整其變流器流側(cè)電壓的幅值和相位以使其能供最無電流ILmax和Icmax維持變,僅其電力子器件的電流容量限制。對統(tǒng)的SVC,由于其所能提供的最大電流分別是受其并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器的阻抗特性限制的,因隨電的低減。此的運行范圍比傳統(tǒng)SVC大,SVC的運行范圍是向下縮的三角區(qū)域,而SVG的行范圍是上等寬的近似矩形的區(qū)域。這是優(yōu)越傳統(tǒng)SVC的一特點。

圖4SVG電壓電特性此外,對那些以輸電補償為目的SVG來如直流側(cè)采用較大的儲能容其直流電源(如電池組、采用電流型變流器時直流側(cè)用超導儲能裝置,則SVG還可以在必要時短時間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有功功率。這對于電力系統(tǒng)來說是非常有益的,而是傳統(tǒng)的SVC所望塵莫及的。至于在傳統(tǒng)SVC中人頭痛的諧波問題,在VG中完全可以采用橋式變流電路的多重化技術或PWM技來進行處理,以除次數(shù)較低的諧波,使較高次數(shù)的諧波電流減小到可以接受的程度。還應指出,SVG連接電抗器的作用一是濾除電流中的高次諧波,二起到將變流器和電網(wǎng)連接起來的作用,所需電感值不大,遠于補償容量相同的TCR所需電感量。如果使用降壓變壓器將SVG連電網(wǎng),則可利用變壓器漏抗,所的連接電抗器進一步減小。至此基本作原理已結(jié)合其相對于傳統(tǒng)的優(yōu)進行了詳細介。與SVC相比,SVG也存在一定不足包括:控制法和控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)SVC復用數(shù)量較多的大容量自關斷器件其價格比SVC用的普通晶閘管高得多；此SVG只需用小的儲元而有總成本的潛在優(yōu)勢,還有于隨著器件水平的提高和成本的降低來得以發(fā)揮。二、SVG的控制方法作為動態(tài)無功補償裝置的類型之一,SVG的控制不論是從大的控制策略的選擇來講,還從其外閉環(huán)反饋控制量和調(diào)節(jié)器的選取來說,其則都與傳統(tǒng)的SVC是全一樣的。在控制上,SVGSVC的別在于,在SVC中,由閉環(huán)調(diào)節(jié)輸?shù)闹铺栕鳛镾VC等效電納的參考值Bref，以信號來控制SVC調(diào)到所需的等效納而在SVG中,外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號,則被為補償器應產(chǎn)生的無功電流(或無功率)的考值。正是在如何由無功電流(或功功)參值調(diào)節(jié)SVG真產(chǎn)生所的無功電流或功功率)這環(huán)節(jié)上,形成了SVG多多樣的體控制方。這與傳統(tǒng)SVC所用的觸發(fā)延遲角移相控制原是全不同。由無功電流(或功功率)參值節(jié)SVG產(chǎn)所需無功電流或功功率)的體控制方

法,可以為間接控制和直接控制兩大類。因為在系統(tǒng)電壓值本維持定時,對無電流的控制也就是對無功功率的控制,因以下均以無功電流的控制來說明。實際上,SVG的流控制任務中還應該包括對有功電流的控制,以償電路中的有功損耗。1.接電流控制所謂間接電流控制,就按照前述SVG的工原理,將SVG當作交流電壓源看待,通過對SVG變流器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值的控制,來間接控制SVG的流側(cè)電流。2.接電流控制所謂電流的直接控制就是采用跟蹤型PWM控制技術對電流波形的瞬時值進行反饋控制。其中的跟蹤型PWM控技術,可采用滯環(huán)比較方式,也以采用三角波比較方式,其簡單原理分別如圖5a和b所示其瞬時電流的參考值iref,可以由瞬時電流無功分量的參考值與瞬時電流有功分量的參考值相加而得；也可以瞬時電流無功分量的參考值iQref為主,而根據(jù)SVG對有功能量的需求對iQref的位進行修正來得到總的瞬時電流參考值iref。中瞬電流無功分量的參考值可以由后于電電壓90°的正弦波信號與無功電流參考值IQref相乘得到,而SVG對功功率的需求可以由直流側(cè)電壓的反饋控制來體現(xiàn)。SVG采用是直接電流控制方法后其響應速度和控制精將比間控制法很大提高。但是直接控制法由于是對電流瞬時值的跟蹤控制,因要求主電路電力子件較的開關頻率這于較大容量的SVG前還以做到。下表列出了SVG和其他各種動態(tài)償方法的簡要對比,大可以一目了的