静止无功发生器

1、PHIMIKA PHIMIKA 静止无功发生器（ SVG ）原理简介深圳市兆晟科技有限公司飞明佳电气科技PHIMIKA PHIMIKA 静止无功发生器（ SVG）原理简介静止无功发生器 SVG 是指接受全控型电力电子器件组成的桥式变流器来进行动态无功补偿的装置； SVG 的思想早在 20 世纪 70 岁月就有人提出 ,1980 年日本研制出了 20MVA 的接受强迫换相晶闸管桥式电路的 SVG,1991 年和 1994 年日本和美国分 别研制成功了 80MVA 和 10OMVA 的接受 GTO 晶闸管的 SVG ；目前国际上有关 SVG 的争论和将其应用于电网或工业实际的爱好正是方兴未艾 ,

2、国内有关的争论也已见诸报道；与传统的以 TCR 为代表的 SVC 相比 ,SVG 的调剂速度更快 PWM 技术等措施后可大大削减补偿电流中谐波的含量；更重要的是 , 运行范畴宽 , 而且在实行多重化或 ,SVG 使用的电抗器和电容元件远比SVC 中使用的电抗器和电容要小 , 这将大大缩小装置的体积和成本；由于 SVG 具有如此优越的性能 , 是今后动态无功补偿装置的重要进展方向；一、SVG 的基本原理及特点SVG 的基本原理是将桥式变流电路通过电抗器并联 或直接并联 在电网上 , 适当调剂桥式变流电路沟通侧输出电压的相位和幅值或者直接把握其沟通侧电流 , 使该电路吸取或者发出中意要求的无功电流

3、 , 从而实现动态无功补偿的目的；在单相电路中 , 与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回来回的；但是在平稳的三相电路中 , 不论负载的功率因数如何 , 三相瞬时功率之和是确定的 , 在任何时刻都等于三相总的有功功率；因此总体上看, 在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的来回来回 , 无功能量是在三相之间来回来回的；所以 , 假如能用某种方法将三相各部分总体上统一起来处理 , 就由于总体来看三相电路电源和负载间没有无功能量的传递 , 在总的负载侧就无需设置无功储能元件；三相桥式变流电路实际上就具有这种将三相各部分总体上统一起来处理的特点；因此, 理论上讲 ,SVG 的三相桥式变流电路

4、的直流侧可以不设储能元件；但实际上 , 考虑到沟通电路吸取的电流并不仅含基波 , 其谐波的存在多少会造成总体来看有少许无功能量在电源和 SVG 之间来回；所以 , 为保护桥式沟通电路的正常工作 , 其直流侧仍需要确定大小的电感或电容作为储能元件 , 但所需储能元件的容量远比 SVG 所能供应的无功容量要小；而对传统的 SVC, 其所需储能元件的容量至少要等于其所供应无功功率的容量；因此 , SVG 中储能元件的体积和成本比同容量的 SVC 中的大大减小；依据直流侧储能元件的不同 ,SVG 分为接受电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型 , 其电路基本结构如图 1a 和1b 所示 , 分别接受电

5、容和电感两种不同的储能元件；对电压型桥式电路 , 仍需再串联上连接电抗器才能并入电网； 对电流型桥式电路 , 仍需在沟通侧并联上吸取换相过电压的电容器；实际上 , 由于运行效率的缘由 , 迄今投入有用的 SVG 大都接受电压型桥式电路 , 因此目前 SVG 往往专指接受自换相的电压型桥式电路作动态无功补偿的装置,飞明佳公司研发的 SVG也是接受的该种方式；在以下的内容中,只介绍接受自换相电压型桥式电路的 SVG ；由于 SVG 正常工作时就是通过电力电子开关的通断将直流侧电压转换成沟通侧与电网同频率的输出电压,就像一个电压型逆变器 , 只不过其沟通侧输出接的不是无源负载,而是电网；因此,当仅考

6、虑基波时 SVG 可以等效地被视为幅值和相位均可控的与电网同频率的沟通电压源；它通过沟通电抗器连接到电网上；这样 ,SVG 的工作原理可用图 2a 所示的等效电路来说明；设电网电压和 SVG 输出交流电压分别用相量 . s 和. 1 表示 , 就连接电抗 X 上的电压 . L 即为 . s 和. 1 的相量差 , 而连接电抗的电流是可以由其电压来把握的；这个电流就是 SVG 从电网吸取的电流 . ；因此 , 转变 SVG 交流侧输出电压 . 1 的幅值及其相对于 . s 的相位 , 就可以转变连接电抗上的电压 , 从而把握 SVG 从电网吸取电流的相位和幅值 , 也就把握了 SVG 吸取无功功

7、率的性质和大小；在图 2a 的等效电路中 , 将连接电抗器视为纯电感 , 没有考虑其损耗以及变流器的损耗 , 因此不必从电网吸取有功能量；在这种情形下 , 只需使 . 1 与 . s 同相,仅转变 . 1 的幅值大小即可以控制 SVG 从电网吸取的电流 .是超前仍是滞后 90 , 并且能把握该电流的 大小；如图 2b 所示 , 当 U1 大于 Us 时 , 电流超前电压 90 ,SVG 吸取容性的无功功率 ,SVG 吸取感性的无功功率； 当 U1 小于 Us 时 , 电流滞后电压 90图 2 SVG 等效电路及工作原理 不考虑损耗 a 单相等效电路 b 工作相量图考虑到连接电抗器的损耗和变流器

8、本身的损耗 如管压降、线路电阻等 , 并将总的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑 , 就 SVG 的实际等效电路如图 3a 所示 , 其电流超前和滞后工作的相量图如图 3b 所示；在这种情形下 , 变流器电压 . 1 与电流 . 仍是 相差 90 , 由于变流器无需有功能量；而电网电压 . S与电流 . 的相差就不再是 90 , 而是比 90 小了 角 , 因此电网供应了有功功率来补充电路中的损耗 , 也就是说,相对于电网电压来讲 , 电流 . 中有确定量的有功重量；这个 角也就是变流器电压 . 1 与电网电压 . s 的相位 差；转变这个相位差 , 并且转变 . 1 的幅值 , 就产生的电流

9、. 的相位和大小也就随之转变 , SVG 从电网吸取的无功功率也就因此得到调剂；依据以上对工作原理的分析 , 可得 SVG 的电压 - 电流特性如 图4 所示；同 TCR 等传统 SVC 一样 , 转变把握系统的参数 电网电压的参考值 Uref , 可以使得到的电压- 电流特性上下移动；但是可以看出 , 与传统 SVC 电压 电流特性不同的是 , 当电网电压下降 , 补偿器的电压 - 电流特性向下调整时 ,SVG 可以调整其变流器沟通侧电压的幅值和相位 , 以使其所能供应的最大无功电流 ILmax 和Icmax 保护不变 , 仅受其电力电子器件的电流容量限制；而对传统的 SVC, 由于其所能供

10、应的最大电流分别是受其并联电抗器和并联电容器的阻抗特性限制的 , 因而随着电压的降低而减小；因此 SVG 的运行范畴比传统 SVC 大 , SVC 的运行范畴是向下收缩的三角形区域 , 而 SVG 的运行范畴是上下等宽的近似矩形的区域；这是 SVG 优越于传统 SVC 的又一特点；图 4 SVG 的电压 - 电流特性此外 , 对于那些以输电补偿为目的 SVG 来讲 , 假如直流侧接受较大的储能电容或其他直流电源 如蓄电池组、接受电流型变流器时直流侧用超导储能装置等 , 就 SVG 仍可以在必要时短时间内向电网供应确定量的有功功率；这对于电力系统来说是特殊有益的 , 而又是传统的 SVC 所望尘

11、莫及的；至于在传统 SVC 中令人头痛的谐波问题 , 在SVG 中就完全可以接受桥式变流电路的多重化技术或 PWM 技术来进行处理 , 以排除次数较低的谐波 , 并使较高次数的谐波电流减小到可以接受的程度；仍应指出 ,SVG 中连接电抗器的作用一是滤除电流中的高次谐波 , 二是起到将变流器和电网连接起来的作用 , 所需的电感值不大 , 远小于补偿容量相同的 TCR 所需的电感量；假如使用降压变压器将 SVG 连入电网 , 就仍可利用变压器漏抗 , 所需的连接电抗器进一步减小；至此 ,SVG 基本工作原理已结合其相对于传统 SVC 的优点进行了详细介绍；与 SVC 相比 ,SVG 也存在确定不足

12、 , 包括 : 把握方法和把握系统比传统 SVC复杂 ；要使用数量较多的大容量自关断器件 , 其价格比 SVC 使用的一般晶闸管高得多；因此, SVG 只需用小的储能元件而具有的总体成本的潜在优势 , 仍有待于随着器件水平的提高和成本的降低来得以发挥；二、SVG 的把握方法作为动态无功补偿装置的类型之一 ,SVG 的把握不论是从大的把握策略的选择来讲 , 仍是从其外闭环反馈把握量和调剂器的选取来说 , 其原就都与传统的 SVC 是完全一样的；在把握上 ,SVG 与 SVC 的区分在于 , 在 SVC 中 , 由外闭环调剂器输出的把握信号是作为 SVC 等效电纳的参考值 Bref , 以此信号来

13、把握 SVC 调剂到所需的等效电纳；而在 SVG 中 , 外闭环调剂器输出的把握信号 , 就被视为补偿器应产生的无功电流 或无功功率 的参考值；正是在如何由无功电流 或无功功率 参考值调剂 SVG 真正产生所需的无功电流 或无功功率 这个环节上 , 形成了 SVG 多种多样的详细把握方法； 而这与传统 SVC 所接受的触发推迟角移相把握原理是完全不同的；由无功电流 或无功功率 参考值调剂 SVG 产生所需无功电流 或无功功率 的详细把握方法 , 可以分为间接把握和直接把握两大类；由于在系统电压值基本保护恒定时 , 对无功电流的把握也就是对无功功率的把握 , 因此以下均以无功电流的把握来说明；实

14、际上 ,SVG 的电流把握任务中仍应该包括对有功电流的把握 , 以补偿电路中的有功损耗；1. 间接电流把握所谓间接电流把握 , 就是依据前述 SVG 的工作原理 , 将 SVG 当作沟通电压源看待 , 通过对 SVG 变流器所产生沟通电压基波的相位和幅值的把握 , 来间接把握 SVG 的沟通侧电流；2. 直接电流把握所谓电流的直接把握就是接受跟踪型 PWM 把握技术对电流波形的瞬时值进行反馈把握；其中的跟踪型 PWM 把握技术 , 可以接受滞环比较方式 , 也可以接受三角波比较方式 , 其简洁原理分别如图 5a 和 b 所示；其瞬时电流的参考值iref ,可以由瞬时电流无功重量的参考值与瞬时电

15、流有功重量的参考值相加而得；也可以瞬时电流无功重量的参考值 iQref 为主 , 而依据 SVG 对有功能量的需求对 iQref 的相位进行修正来得到总的瞬时电流参考值 iref ；其中 , 瞬时电流无功重量的参考值可以由滞后于电源电压 90 的正弦波信号与无功电流参考值 IQref 相乘得到 , 而 SVG 对有功功率的需求可以由直流侧电压的反馈把握来表达；SVG 接受的是直接电流把握方法后其响应速度和把握精度将比间接把握法有很大提高；但是直接控制法由于是对电流瞬时值的跟踪把握 , 因而要求主电路电力电子器件有较高的开关频率 , 这对于较大容量的 SVG 目前仍难以做到；下表列出了 SVG和其他各种动态补偿方法的简要对比 ,