【《SVG的基本工作原理分析》3700字】

SVG的基本工作原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u21480SVG的基本工作原理分析 138111.1SVG的构成 1262981.2SVG的工作原理 277591.3SVG的工作特性 4281481.4SVG的控制策略 41.1SVG的构成日常生活中，桥式电路的SVG最为常见。而相关专家、学者为了更好地使用SVG，还对其进行了进一步的分类，将桥式电路的SVG进一步划分为电流桥式电路和电压桥式电路两种不同的类型，下面的图2-1和图2-2，就是这两种SVG的基本结构。在逆变电路中，所有IGBT都直接通过并联的方式和反馈二极管相连，为无功功率从交流侧流向直流侧提供了基础的通道。通常情况下，电压型SVG一般在直接将电感串联到直流侧，而电流型的SVG则将电容并立案到直流侧上，因此作为储能器件，接入电网中来。这两种SVG在原理上是基本相同的，设计目标都是为了保证交流侧始终有电流流经，通常使用电抗器并联电路。该模型在对电路输入电压、相位的控制是通过对IGBT的控制实现的，并且间接对主电路无功功率进行针对性的控制，这也就是电力系统中至关重要的动态补偿。此外，由于电压型SVG整体体积更小，具有更为理想的运行效率，加上故障率远低于电流型SVG，所以在实际应用中，目前电压型SVG占据绝对主流地位[8]。图2-1电压型SVG基本结构图2-2电流型SVG基本结构1.2SVG的工作原理SVG单项等效电路图可以简化表示为：图2-3SVG等效电路和向量图（无损耗）如上图（a）可知：（2-1）上式中，和以及别为电网电压和SVG交流侧输出电压、电抗器电压。理论环境下，即我们假设电网是完全无畸变、完全对称的，而且变换器以及线路不存在阻抗所导致的电能损耗，电感器也同样是完美条件下的电感器。如果有，那么SVG吸收感性无功，相当于电容器，电流滞后电压90°；如果有，那么SVG吸收容性无功，相当于电抗器，电流超前电压90°；如果有，那么SVG在电路中没有任何作用。在理想条件下，SVG的补偿的功率为：（2-2）上式中，和分别表示电网电压和SVG的交流侧输出电压的有效数值，而这里的X表示电抗器，在电路中处于串联状态；Q的数值为正数或者负数，则意味着SVG无功功率的性质。正如我们所了解的那样，现实生活中的电网是不可能不存在损耗的，在计算无功功率的过程中不可能忽视电网损耗的影响。因此我们在计算中认为，这部分损耗实际上是由电抗器的串联电阻承担的。所以，我们可以将SVG中添加串联电阻后的结构简化表示如下图所示情形：图2-4SVG等效电路和向量图（带负载）由图2-4（a）可知：（2-3）当负载为感性负载时，和的相位差为90°，当负载为容性负载时，和的相位差小于90°，为，其中的就是控制角。当时，认为SVG装置发出无功；当时，认为SVG装置吸收无功；当时，认为SVG与电网之间没有能量交换。在上述状态下，想要保证电流和电压相位相同，那么就要求电网系统中不仅要有理想的无功功率电流，同时还要有相应的有功功率电流分量存在，从而为电网的有功损耗提供足够的补充。通过调整电网电源电压和SVG端电压之间的相位差，即可实现对SVG端电流相位以及幅值的针对性调整，最终达成电网无功功率的动态补偿目的。1.3SVG的工作特性通过上文所进行的分析我们可以绘制出如图2-5所示的SVG电压和电流特性曲线。该图中的实线部分绘制成的区域表示的是电压-电流特性，而虚线部分绘制出的区域则是对应的特性曲线。所以，系统端电流必然和补偿无功之间为异号，也就是说补偿无功为正数的情况下，系统端电流必然为负数；反之亦然。对图2-5进行简单分析即可发现，电网参考电压用表示；而所使用的SVG的感性输出无功电流和容性输出无功电流则分别用与加以表示。而在的数值减小的时候，特性曲线同步向下移动，所以我们为了确保与的稳定性，就必须针对性的调整交流侧输出电压的相位以及幅值。从这一角度来说，电力器件是影响无功电流最大值的唯一因素。由于增加了并联状态的电容以及电阻，所以相对于此前传统的SVC来说，这里我们所重点介绍的SVG无功补偿装置能够根据电压的变化动态调整与，所以其工作特性曲线为倒三角形状。观察图2-5我们可以发现，其电流电压特征绘制的范围上方和下方的宽度基本上是想听的，而且和传统的SVC相比，其覆盖面积更大。从这一角度来说，显然SVG的补偿范围远超过传统的SVC，在适用性方面有着更为出色的表现[9]。与此同时，SVG中还引入了更为先进的多电平技术、多重设计技术以及PWM技术，可以有效消除电网中的背景噪声，滤除高次谐波带来的影响。图2-5SVG与SVC无功电流电压特性1.4SVG的控制策略如果电力系统中的电压值处于一个稳定的区间之内，那么我们在无功功率控制过程中，直接调整无功电流即可。在本章节的研究中，重点介绍了静止型无功发生器的具体控制方式，借助无功电流完成无功功率的针对性控制。因为这里我们使用SVG直流侧电容电压作为变流器的逆变电源，所以基本控制策略为稳定直流侧电压，以间接控制电力系统的整体输出性能。试试而有效地吸收、补偿电网中的无功功率，是控制SVG静止型无功发生器的基本要求。如果无功发生器能够在控制的过程中自动对自身的无功电流加以调节和控制，那么就是典型的电流直接控制模式；如果不能则是间接控制模式[10]，下面对这两种模式分别加以介绍。（1）电流间接控制这种控制模式下，如上文中所介绍的那样，静止型无功发生器无法对自身所产生电流进行调节，所以我们需要首先对交流电压幅值和相位进行针对性的测量，通过对这两个参数的控制实现对无功发生器电流的控制。在上文中已经介绍过，考虑损耗和电抗情况下的SVG等效电路，借助SVG对电网电路进行无功补偿的过程中，供电系统中的电压、SVG交流测电压以及电抗压降之间存在式（2-4）所示的关系：（2-4）上式中，电抗器所产生的阻抗用加以表示。而在这里则表示和之间的相位差。由上式得：（2-5）所以，稳态状态下的SVG无功功率和有效功率的有效吸收数值可以分别表示为：（2-6）SVG的角、和关系可以用如下曲线加以表示：图2-6与角的关系如果值围绕0上下小幅度波动，那么与之间存在近似于正比例的关系。如果电网中的电压数值较大，并且此时的电网种等效电阻R数值较小，那么则会导致角小范围波动而诱发SVG无功输出出现较大的波动，从而使得我们可以通过电力器件导通角的调整，实现对SVG吸收无功电流或者输出无功电流数值的针对性控制。无功电流的参考值乘以一个系数后作为角的控制信号，也可以直接使用控制SVG主电路，从而确保SVG吸收的有效无功电流的变化符合图2-6的曲线特征。同时，我们可以借此进一步反馈SVG所吸收的无功电流，并且和补偿电流的参考值进行对比和分析，计算出的差值就可以开展比例积分调节（PI），而由此计算得出的相位角即可实现对SVG电路的灵活控制。由于无功补偿装置的容量过大会减少电子器件的开关频率，而由于电流阙值处于较高的水平，所以通常只能使用间接控制法对容量超过10Mvar的无功补偿装置加以控制。（2）电流直接控制这里我们所介绍的电流直接控制，主要是指静止型无功发生器在控制的过程中能够对自身生产的无功电流加以直接控制，无需根据交流电压基波的相位和幅值的测量进行控制。作为一种作为经典也最为常见的电流直接控制方式，跟踪型脉冲宽度调制技术（PWM）能够有效控制无功发生器所输出的无功交流电流，进而控制无功功率。由于直接控制法在时间应用过程中需要对补偿系统中的电流信号进行实时监控，因此无论是控制精度还是响应速度都远超间接控制法。目前来说，我们一般通过三角波比较法和滞环比较法这两种方法，开展直接控制操作[11]，下面分别进行介绍。滞环比较法实际上是一张通过对比无功发生器输入电流和输出电流，在滞环比较器中输入对比的结果，进而生成调制波PWM波，作为电子元器件的控制信号，从而确保供电系统中有足够的无功补偿。由于这一方法有效满足了对电力系统中电流的实时监控，因此要求控制器件不断调整开关频率，由此缠身的大量背景噪声以及脉冲电流，都会对无功补偿的效果带来一定程度的影响。而三角波比较法对系统加以针对性的控制，主要有如下两种不同的方法：首先是基于abc坐标的电流控制系统；其次则是基于dq坐标的电流控制系统。下面分别加以介绍：图2-7是基于abc坐标的控制系统的整体框架结构，在实际的应用过程中可以有效控制无功电流，并且随时保证直流侧电压的稳定性。经过比例调节器的处理之后，反馈电压与输入电压QUOTE和Ud和Ud对应的有功电流、无功电流和经过dq向三相abc变换而生成电流的瞬时数值，然后将恒品三角波和构建的复合瞬时电流进行对比，即可作为SVG的开关信号。借此实现了直流侧电压和无功电流的针对性控制。图2-7SVG电流abc轴三角波比较法框图图2-8是基于dq坐标的电流控制系统的基本结构。在实际的应用过程中，这种方法能够有效吗，安足以直流侧电流恒定的要求，并且对无功电流进行有效跟随。无功补偿接收到输出的三相电流的瞬时值之后，经过坐标变换生成有功电流和无功电流Id、Iq，将前者分别和、加以对比，对比结果录入PI调节器，通过dq反变换即可得到三相电流信号，然后进一步和预先设置的频率恒定三角波进行对比，即可实现对电子电器的有效控制。图2-8dq0坐标系直接电流控制因为abc直接控制法在实际的应用过程输出交流电流做诶信号，因此也同样应确保对比的信号也同样是交