【《静止无功补偿器（SVG）的工作原理分析》3200字】

静止无功补偿器（SVG）的工作原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u52661.1静止无功发生器的基本原理 1142221.2链式SVG的数学模型 2323811.4SVG主电路参数的设计 4113851.5SVG主电路参数设计实例 589181.5.1直流电容 5257901.5.2连接电抗 6323171.5.3H桥逆变单元 61.1静止无功发生器的基本原理

利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成桥式电路是SVG的一个基本原理，通过电抗器在电网上并联，通过对桥式电路交流侧输出电压的相位以及幅值进行调节，又或者是对交流侧电流直接控制，无功电流从而能够从该电路发出或者是吸收，继而将动态无功补偿的效果达到，下图1.1给出了详细的等效电路来阐述SVG的工作原理。SVG输出交流电压以及电网电压分别用Usvg以及Us表示，Usvg于Us的向量差为电抗X上的电压用Ul表示。可以通过对电压的控制达到控制从电网吸收的电流I的控制，通过对Usvg相位以及其幅值的调节能够间接eider实现Ul的改变，进而从大小以及性质对连接电抗吸收无功功率实现了控制。如果不计入电抗器电阻，那么Us同Usvg具有一致的相位，通过对Usvg幅值大小调节，接可以直接对SVG从电网吸收的电流I是滞后或者是超前继续宁控制。下图2-2(a)，Us＜Usvg，电流超前电压90度，无功功率被SVG吸收为容性；下图2-2(b)，Us=Usvg，那么电流值为0，SVG除了不发出无功功率，同样也不吸收无功功率；下图2-2(c)，Us＞Usvg，电流滞后电压90度，无功功率被SVG吸收为感性；由于变流器本身以及连接电抗器是存在一定损耗的，且把总损耗集中看做连接电抗器的电阻，下图1.3给出了详细的电流滞后或者是超前的向量图。该状态下，变流器电流İ同电压Ů1之间具有90°的差值，主要是由于为变流器并不需要有功能量；但是该状态下，电网电流İ同电压Ů1之间并不是90°的差值，二是相比较90°存在δ角的差值，所以电路中的损耗由电网提供有功功率补偿，换句话说就是，有功分量存在于电流İ中。电网电压Ůs同之间的相位差即为这一δ角。通过对相位差的调节，对Ů1的幅值的改变，即可以实现电流İ在大小和相位上的调节，也因此改变了SVG从电网吸收的无功功率。图2-3无功示意图(有损耗时)1.2链式SVG的数学模型以下几个假设在数学模型建立之前提出：本设计的电路选择三相对称电路，对各逆变桥参数严格控制其相同。2） 每相所有逆变桥的直流电容电压相等。3） 各H桥之间的损耗包括并联型、串联型和混合型损耗。并联型损耗用与电容并联的电阻等效，串联型损耗用串联电阻等效，用受控电流源等效混合型损耗，最后用连接电抗用端口以及变压器漏抗的等值电感表示。4）要求系统电压、SVG输出电压对称，其中的高次谐波忽略不计。图2-10(a)随给出的结构可以等效为每一相的链式电路。用理想电压源替代H桥组成的单相逆变器。用等效器件代替各种损耗，如图2-10(b)所示的模型为进一步的等效电路。图2-10静止无功补偿器A相等效电路其中，UdcA=，，，设A相输出电压为uA=MudcAsin(ωt-δ),则有（2-2）求解时稳态时的解有（2-3）基于以上论述，脉冲延时以及开关损耗和并联损耗三者存在差异影响电容电压稳态分配，而电容大小以及电压电流中的谐波值对其无任何影响，进一步求解稳态时的无功功率和有功功率有（2-4）（2-5）从公式(2-4)、(2-5)发现，稳态无功除了同调制比M有关，同时还与δ有关，SVG吸收无功主要是由于稳态无功存在一个小的区间，所以一定的非线性区域存在，吸收额定无功时的δ小于发出额定无功所需δ，因此也就有吸收额定无功时的损耗是小于发出额定无功时的损耗的。1.3链式SVG性能特点及优势SVG较之于既往所使用的TCR型SVC，其具有更快的调节速度及更宽的运行范围，并且在进行多重化处理或应用PWM技术等处理技术后，补偿电流中所含有的谐波量也可以得以大幅度降低。尤为重要的一点是，SVG较之于SVC在电抗器及电器元件方面，其所利用的体积更小的电抗器及电容，因此，装置体积可以大幅缩小，成本也就得到相应的控制。对于单相电路而言，因基波无功功率存在关联的能量是以一种往复于电源与负载间的形式呈现的。然而对于处于平衡状态的三相电路，功率因数不管处于什么水平，其瞬时功率的总和都是一个定值，这个定值就是三相总计的有功功率。也就是说，从总体来看，与单相电路不同的是，三相电路并不存在电源及负载间的能量往复，而是往复于三相之间。因此，若可以找到一个方法来对三相电路从总体上进行统一处理，就意味这从总的角度来说，三相电路的电源与负载之间并不存在无功能量的往复与传递，所以在对无功储能元件进行设置时，可以选择不在总负载一侧加以设置。这一特点也正是三相桥式变流电路所利用的基本原理所在。这样一来，单从理论方面来讲，无需在SVG三相桥式变流电路的直流侧设置储能元件。然而实际操作中，由于由交流电在进行电流吸收时，除了含有基波，或多或少还含有谐波，而由于含有谐波，就会导致于电源与SVG间存在少量的无功能量的往复。因此，在桥式交流电路中，仍会在其直流侧设置一定容量的储能元件（如电感或电容等），以保证其正常运转，不过其容量与SVG可以产生的无功容量相比，要小得多。这一点与SVC相比也是一大优势，因为SVC所需要设置的储能元件所具有的容量一般要大于或等于SVC所产生的相关容量。这样一来，利用SVG就可以大幅缩小原本用于同容量SVC所用的储能元件的体积。也正是因为，SVG在这方面的卓越性能，使其已经发展成为无功补偿装置的主力军。1.4SVG主电路参数的设计直流侧电容电压和连接电感，以及电容值和级联的单元数为链式SVG系统的主电路的主要决定参数【53-55】，下图2-11给出了详细的图示：1）级联单元数要基于成本和择的开关器件，以及系统的电压考虑的基础上确定级联元件数量，一定安全裕度考量的基础上，依照开关管的电压等级确定直流侧电容电压值，将其作为初始值，然后在对H桥输出电压的有效值进一步进行确定。有效值划分系统相电压后，在对H桥个数确定，同时将裕量留出。2）电容值直流侧电压波动是在选择电容值最主要考虑的因素，通常的额定值范围内为10%，电容器电压的波动直接受到各H桥输出和吸收的无功功率的影响。在对电容值核算时，要基于输出和吸收最大无功功率的状态，然后在按照功率守恒定律核算。3）连接电感器逆变器的容量同连接电感的大小之间具有正比例关系。基于耦合电感在谐波抑制方面以及短路电流限制方面的考虑，同时对系统成本进行考虑，耦合电感不宜过小或过大。因此，它的标准值一般为10%-20%。4）直流侧电容电压直流侧电容电压有两种计算方法。一种方法是最大输出电压基于连接的电感确定，然后在对直流侧的电容电压进行确定。由于电感的大小是有误差存在的，因此在要纳入计算中。第二中方法是在建立公式的时候要基于调制比，同时要将死区以及开关管电压降等影响因素纳入进来，计算直流电容电压。1.5SVG主电路参数设计实例主电路设计指标及参数：额定电压：380V；接线形式：三相三线制；补偿容量：10kvar；效率：高于95%；能够达到三相不平衡补偿以及全容量无功补偿。1.5.1直流电容链式SVG电路的每个支持H桥电压逆变器的直流侧都分别设置了一个独立的直流稳压电容器,它们都可以直接作为支持H桥电压逆变器直流侧的一个储存功能控制元件，它们都可以控制电流和调节驱动支持H桥逆变器直流侧的输出电压。从理论上来说，电压波段同电容之间成反比例，且越大的电容对应越高的成本。对直流电容选取的时候要复合公式（2-7）：（2-7）上式调制比和相电流分别用M和Is表示，本研究M取0.9；此外，系统电源角频率和直流电容电压，以及装置允许的最大波动量分别用ω、Udcmax、γ表示，其中γ的取值区间为±5%～10%，本研究γ取5%。那么∶(2-8)实际设计时，2个750μF/450V电容器可以进行并联。1.5.2连接电抗基准标幺值选择链式SVG装置的额定无功容量，那么连接电抗器L具有0.10〜0.20的参数取值范围，本研究取值0.15，那么：(2-9)上式，角频率和额定容量，以及相电压分别用字母ω、Q、Urms代表，在式（2-8）代入具体值，可得：(2-10)则每相电感取值为23mH。1.5.3H桥逆变单元H桥逆变单元即为链式结构SVG的基本功率单元，多个H桥逆变单元串联成每一相，4个IGBT模块组成每个