靜止無功發(fā)生器

1、PHIMIKA PHIMIKA 靜止無功發(fā)生器（ SVG ）原理簡(jiǎn)介深圳市兆晟科技有限公司飛明佳電氣科技PHIMIKA PHIMIKA 靜止無功發(fā)生器（ SVG）原理簡(jiǎn)介靜止無功發(fā)生器 SVG 是指接受全控型電力電子器件組成的橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置； SVG 的思想早在 20 世紀(jì) 70 歲月就有人提出 ,1980 年日本研制出了 20MVA 的接受強(qiáng)迫換相晶閘管橋式電路的 SVG,1991 年和 1994 年日本和美國(guó)分 別研制成功了 80MVA 和 10OMVA 的接受 GTO 晶閘管的 SVG ；目前國(guó)際上有關(guān) SVG 的爭(zhēng)論和將其應(yīng)用于電網(wǎng)或工業(yè)實(shí)際的愛好正是方興未艾 ,

2、國(guó)內(nèi)有關(guān)的爭(zhēng)論也已見諸報(bào)道；與傳統(tǒng)的以 TCR 為代表的 SVC 相比 ,SVG 的調(diào)劑速度更快 PWM 技術(shù)等措施后可大大削減補(bǔ)償電流中諧波的含量；更重要的是 , 運(yùn)行范疇寬 , 而且在實(shí)行多重化或 ,SVG 使用的電抗器和電容元件遠(yuǎn)比SVC 中使用的電抗器和電容要小 , 這將大大縮小裝置的體積和成本；由于 SVG 具有如此優(yōu)越的性能 , 是今后動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的重要進(jìn)展方向；一、SVG 的基本原理及特點(diǎn)SVG 的基本原理是將橋式變流電路通過電抗器并聯(lián) 或直接并聯(lián) 在電網(wǎng)上 , 適當(dāng)調(diào)劑橋式變流電路溝通側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接把握其溝通側(cè)電流 , 使該電路吸取或者發(fā)出中意要求的無功電流

3、 , 從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康模辉趩蜗嚯娐分?, 與基波無功功率有關(guān)的能量是在電源和負(fù)載之間來回來回的；但是在平穩(wěn)的三相電路中 , 不論負(fù)載的功率因數(shù)如何 , 三相瞬時(shí)功率之和是確定的 , 在任何時(shí)刻都等于三相總的有功功率；因此總體上看, 在三相電路的電源和負(fù)載之間沒有無功能量的來回來回 , 無功能量是在三相之間來回來回的；所以 , 假如能用某種方法將三相各部分總體上統(tǒng)一起來處理 , 就由于總體來看三相電路電源和負(fù)載間沒有無功能量的傳遞 , 在總的負(fù)載側(cè)就無需設(shè)置無功儲(chǔ)能元件；三相橋式變流電路實(shí)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(diǎn)；因此, 理論上講 ,SVG 的三相橋式變流電路

4、的直流側(cè)可以不設(shè)儲(chǔ)能元件；但實(shí)際上 , 考慮到溝通電路吸取的電流并不僅含基波 , 其諧波的存在多少會(huì)造成總體來看有少許無功能量在電源和 SVG 之間來回；所以 , 為保護(hù)橋式溝通電路的正常工作 , 其直流側(cè)仍需要確定大小的電感或電容作為儲(chǔ)能元件 , 但所需儲(chǔ)能元件的容量遠(yuǎn)比 SVG 所能供應(yīng)的無功容量要?。欢鴮?duì)傳統(tǒng)的 SVC, 其所需儲(chǔ)能元件的容量至少要等于其所供應(yīng)無功功率的容量；因此 , SVG 中儲(chǔ)能元件的體積和成本比同容量的 SVC 中的大大減??；依據(jù)直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同 ,SVG 分為接受電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型 , 其電路基本結(jié)構(gòu)如圖 1a 和1b 所示 , 分別接受電

5、容和電感兩種不同的儲(chǔ)能元件；對(duì)電壓型橋式電路 , 仍需再串聯(lián)上連接電抗器才能并入電網(wǎng)； 對(duì)電流型橋式電路 , 仍需在溝通側(cè)并聯(lián)上吸取換相過電壓的電容器；實(shí)際上 , 由于運(yùn)行效率的緣由 , 迄今投入有用的 SVG 大都接受電壓型橋式電路 , 因此目前 SVG 往往專指接受自換相的電壓型橋式電路作動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置,飛明佳公司研發(fā)的 SVG也是接受的該種方式；在以下的內(nèi)容中,只介紹接受自換相電壓型橋式電路的 SVG ；由于 SVG 正常工作時(shí)就是通過電力電子開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成溝通側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓,就像一個(gè)電壓型逆變器 , 只不過其溝通側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載,而是電網(wǎng)；因此,當(dāng)僅考

6、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)同頻率的溝通電壓源；它通過溝通電抗器連接到電網(wǎng)上；這樣 ,SVG 的工作原理可用圖 2a 所示的等效電路來說明；設(shè)電網(wǎng)電壓和 SVG 輸出交流電壓分別用相量 . s 和. 1 表示 , 就連接電抗 X 上的電壓 . L 即為 . s 和. 1 的相量差 , 而連接電抗的電流是可以由其電壓來把握的；這個(gè)電流就是 SVG 從電網(wǎng)吸取的電流 . ；因此 , 轉(zhuǎn)變 SVG 交流側(cè)輸出電壓 . 1 的幅值及其相對(duì)于 . s 的相位 , 就可以轉(zhuǎn)變連接電抗上的電壓 , 從而把握 SVG 從電網(wǎng)吸取電流的相位和幅值 , 也就把握了 SVG 吸取無功功

7、率的性質(zhì)和大??；在圖 2a 的等效電路中 , 將連接電抗器視為純電感 , 沒有考慮其損耗以及變流器的損耗 , 因此不必從電網(wǎng)吸取有功能量；在這種情形下 , 只需使 . 1 與 . s 同相,僅轉(zhuǎn)變 . 1 的幅值大小即可以控制 SVG 從電網(wǎng)吸取的電流 .是超前仍是滯后 90 , 并且能把握該電流的 大?。蝗鐖D 2b 所示 , 當(dāng) U1 大于 Us 時(shí) , 電流超前電壓 90 ,SVG 吸取容性的無功功率 ,SVG 吸取感性的無功功率； 當(dāng) U1 小于 Us 時(shí) , 電流滯后電壓 90圖 2 SVG 等效電路及工作原理 不考慮損耗 a 單相等效電路 b 工作相量圖考慮到連接電抗器的損耗和變流器

8、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 , 就 SVG 的實(shí)際等效電路如圖 3a 所示 , 其電流超前和滯后工作的相量圖如圖 3b 所示；在這種情形下 , 變流器電壓 . 1 與電流 . 仍是 相差 90 , 由于變流器無需有功能量；而電網(wǎng)電壓 . S與電流 . 的相差就不再是 90 , 而是比 90 小了 角 , 因此電網(wǎng)供應(yīng)了有功功率來補(bǔ)充電路中的損耗 , 也就是說,相對(duì)于電網(wǎng)電壓來講 , 電流 . 中有確定量的有功重量；這個(gè) 角也就是變流器電壓 . 1 與電網(wǎng)電壓 . s 的相位 差；轉(zhuǎn)變這個(gè)相位差 , 并且轉(zhuǎn)變 . 1 的幅值 , 就產(chǎn)生的電流

9、. 的相位和大小也就隨之轉(zhuǎn)變 , SVG 從電網(wǎng)吸取的無功功率也就因此得到調(diào)劑；依據(jù)以上對(duì)工作原理的分析 , 可得 SVG 的電壓 - 電流特性如 圖4 所示；同 TCR 等傳統(tǒng) SVC 一樣 , 轉(zhuǎn)變把握系統(tǒng)的參數(shù) 電網(wǎng)電壓的參考值 Uref , 可以使得到的電壓- 電流特性上下移動(dòng)；但是可以看出 , 與傳統(tǒng) SVC 電壓 電流特性不同的是 , 當(dāng)電網(wǎng)電壓下降 , 補(bǔ)償器的電壓 - 電流特性向下調(diào)整時(shí) ,SVG 可以調(diào)整其變流器溝通側(cè)電壓的幅值和相位 , 以使其所能供應(yīng)的最大無功電流 ILmax 和Icmax 保護(hù)不變 , 僅受其電力電子器件的電流容量限制；而對(duì)傳統(tǒng)的 SVC, 由于其所能供

10、應(yīng)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 , 因而隨著電壓的降低而減??；因此 SVG 的運(yùn)行范疇比傳統(tǒng) SVC 大 , SVC 的運(yùn)行范疇是向下收縮的三角形區(qū)域 , 而 SVG 的運(yùn)行范疇是上下等寬的近似矩形的區(qū)域；這是 SVG 優(yōu)越于傳統(tǒng) SVC 的又一特點(diǎn)；圖 4 SVG 的電壓 - 電流特性此外 , 對(duì)于那些以輸電補(bǔ)償為目的 SVG 來講 , 假如直流側(cè)接受較大的儲(chǔ)能電容或其他直流電源 如蓄電池組、接受電流型變流器時(shí)直流側(cè)用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置等 , 就 SVG 仍可以在必要時(shí)短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)供應(yīng)確定量的有功功率；這對(duì)于電力系統(tǒng)來說是特殊有益的 , 而又是傳統(tǒng)的 SVC 所望塵

11、莫及的；至于在傳統(tǒng) SVC 中令人頭痛的諧波問題 , 在SVG 中就完全可以接受橋式變流電路的多重化技術(shù)或 PWM 技術(shù)來進(jìn)行處理 , 以排除次數(shù)較低的諧波 , 并使較高次數(shù)的諧波電流減小到可以接受的程度；仍應(yīng)指出 ,SVG 中連接電抗器的作用一是濾除電流中的高次諧波 , 二是起到將變流器和電網(wǎng)連接起來的作用 , 所需的電感值不大 , 遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的 TCR 所需的電感量；假如使用降壓變壓器將 SVG 連入電網(wǎng) , 就仍可利用變壓器漏抗 , 所需的連接電抗器進(jìn)一步減??；至此 ,SVG 基本工作原理已結(jié)合其相對(duì)于傳統(tǒng) SVC 的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹；與 SVC 相比 ,SVG 也存在確定不足

12、 , 包括 : 把握方法和把握系統(tǒng)比傳統(tǒng) SVC復(fù)雜 ；要使用數(shù)量較多的大容量自關(guān)斷器件 , 其價(jià)格比 SVC 使用的一般晶閘管高得多；因此, SVG 只需用小的儲(chǔ)能元件而具有的總體成本的潛在優(yōu)勢(shì) , 仍有待于隨著器件水平的提高和成本的降低來得以發(fā)揮；二、SVG 的把握方法作為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的類型之一 ,SVG 的把握不論是從大的把握策略的選擇來講 , 仍是從其外閉環(huán)反饋把握量和調(diào)劑器的選取來說 , 其原就都與傳統(tǒng)的 SVC 是完全一樣的；在把握上 ,SVG 與 SVC 的區(qū)分在于 , 在 SVC 中 , 由外閉環(huán)調(diào)劑器輸出的把握信號(hào)是作為 SVC 等效電納的參考值 Bref , 以此信號(hào)來

13、把握 SVC 調(diào)劑到所需的等效電納；而在 SVG 中 , 外閉環(huán)調(diào)劑器輸出的把握信號(hào) , 就被視為補(bǔ)償器應(yīng)產(chǎn)生的無功電流 或無功功率 的參考值；正是在如何由無功電流 或無功功率 參考值調(diào)劑 SVG 真正產(chǎn)生所需的無功電流 或無功功率 這個(gè)環(huán)節(jié)上 , 形成了 SVG 多種多樣的詳細(xì)把握方法； 而這與傳統(tǒng) SVC 所接受的觸發(fā)推遲角移相把握原理是完全不同的；由無功電流 或無功功率 參考值調(diào)劑 SVG 產(chǎn)生所需無功電流 或無功功率 的詳細(xì)把握方法 , 可以分為間接把握和直接把握兩大類；由于在系統(tǒng)電壓值基本保護(hù)恒定時(shí) , 對(duì)無功電流的把握也就是對(duì)無功功率的把握 , 因此以下均以無功電流的把握來說明；實(shí)

14、際上 ,SVG 的電流把握任務(wù)中仍應(yīng)該包括對(duì)有功電流的把握 , 以補(bǔ)償電路中的有功損耗；1. 間接電流把握所謂間接電流把握 , 就是依據(jù)前述 SVG 的工作原理 , 將 SVG 當(dāng)作溝通電壓源看待 , 通過對(duì) SVG 變流器所產(chǎn)生溝通電壓基波的相位和幅值的把握 , 來間接把握 SVG 的溝通側(cè)電流；2. 直接電流把握所謂電流的直接把握就是接受跟蹤型 PWM 把握技術(shù)對(duì)電流波形的瞬時(shí)值進(jìn)行反饋把握；其中的跟蹤型 PWM 把握技術(shù) , 可以接受滯環(huán)比較方式 , 也可以接受三角波比較方式 , 其簡(jiǎn)潔原理分別如圖 5a 和 b 所示；其瞬時(shí)電流的參考值iref ,可以由瞬時(shí)電流無功重量的參考值與瞬時(shí)電

15、流有功重量的參考值相加而得；也可以瞬時(shí)電流無功重量的參考值 iQref 為主 , 而依據(jù) SVG 對(duì)有功能量的需求對(duì) iQref 的相位進(jìn)行修正來得到總的瞬時(shí)電流參考值 iref ；其中 , 瞬時(shí)電流無功重量的參考值可以由滯后于電源電壓 90 的正弦波信號(hào)與無功電流參考值 IQref 相乘得到 , 而 SVG 對(duì)有功功率的需求可以由直流側(cè)電壓的反饋把握來表達(dá)；SVG 接受的是直接電流把握方法后其響應(yīng)速度和把握精度將比間接把握法有很大提高；但是直接控制法由于是對(duì)電流瞬時(shí)值的跟蹤把握 , 因而要求主電路電力電子器件有較高的開關(guān)頻率 , 這對(duì)于較大容量的 SVG 目前仍難以做到；下表列出了 SVG和其他各種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法的簡(jiǎn)要對(duì)比 ,