【正文】 本文著重進(jìn)行了對(duì)SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器提高系統(tǒng)電壓的理論研究。我們還能夠看到補(bǔ)償器能夠很好的跟蹤無(wú)功功率的變化，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，補(bǔ)償后的電流與電壓相位相差不大，補(bǔ)償后的電流在很大程度上降低了線路損耗。設(shè)備及線路參數(shù)經(jīng)計(jì)算建立的仿真模型如圖所示。本章同時(shí)介紹了SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器的控制方法，重點(diǎn)闡述了電流間接控制法（電壓控制法）。（3）直接控制可抑制負(fù)序引起的不良影響。 電流直接控制簡(jiǎn)單地說(shuō)，電流直接控制就是采用跟蹤型PWM控制技術(shù)對(duì)SVG的交流側(cè)產(chǎn)生的無(wú)功電流進(jìn)行控制。因此，可以通過(guò)控制相對(duì)的超前角來(lái)控制SVG吸收的無(wú)功電流。在綜合控制時(shí)，有時(shí)需要檢測(cè)系統(tǒng)的頻率。如控制策略的選擇應(yīng)根據(jù)補(bǔ)償器要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合，以決定采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制。能夠用于SVG的指令信號(hào)檢測(cè)的算法和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制策略很多，根據(jù)SVG的控制目標(biāo)的不同，可以做出相應(yīng)的選擇。綜上，可以看出SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器具有穩(wěn)定電壓，減少電壓波動(dòng)的功能。由電力系統(tǒng)中的分析可知，系統(tǒng)的特性曲線可近似用下式表示: (31)或者寫為： (32)式中一一無(wú)功功率為零時(shí)的系統(tǒng)電壓。3 SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究 引言電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，保證用戶的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。此外，對(duì)于那些以輸電補(bǔ)償為目的的SVG來(lái)講，如果直流側(cè)采用較大的儲(chǔ)能電容，或者其他直流電源（如蓄電池組），則SVG還可以在必要時(shí)短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定數(shù)量的有功功率，這對(duì)于電力網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常有益的，相比而言，SVC裝置則沒(méi)有這個(gè)特性。 SVG的工作特性 SVG的電壓電流特性根據(jù)工作原理的分析，SVG 的電壓電流特性如圖29所示，同 TCR 等型式的 SVC 裝置一樣，改變控制系統(tǒng)的參數(shù)(電網(wǎng)電壓的參考值)可以使得到的電壓電流特性上下移動(dòng)，但是可以看出，與SVC 的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)整其變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，以使其所能提供的最大無(wú)功電流 和維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流量限制。實(shí)際上，這部分損耗發(fā)生在變流器內(nèi)部，應(yīng)該由變流器從交流側(cè)吸收一定有功能量來(lái)補(bǔ)充。因此，當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)，SVG可以等效的被視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，它通過(guò)交流電抗器連接到電網(wǎng)上。設(shè)電網(wǎng)電壓和SVG輸出的交流電壓分別用相量和表示，則連接電抗上的電壓即為和的相量差，而連接電抗的電流是可以由其電壓來(lái)控制的。SVG 正常工作時(shí)就是通過(guò)電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(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(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。 SVG的基本原理SVG 的基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。并?duì)比了兩種控制方法。SVC對(duì)電壓閃變的抑制最大可以達(dá)到2:1，SVG對(duì)電壓閃變的抑制很容易達(dá)到4:1甚至5:1。對(duì)傳統(tǒng)的SVC裝置，其所提供的最大電流分別受其并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器的阻抗特性限制，因而隨電壓的降低而減少。（8）諧波量小。（2）采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護(hù)，可以節(jié)省大量的維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)，可通過(guò)調(diào)度中心EMS實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率潮流和電壓最優(yōu)控制，是建設(shè)中的數(shù)字電力系統(tǒng)（DFS）的組成部分。由于具有連續(xù)調(diào)節(jié)的性能且響應(yīng)迅速，因此SVC可以對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變。由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，因此損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，在很多情況下已無(wú)法適應(yīng)快速無(wú)功控制的要求。這類裝置大大提高了無(wú)功調(diào)解的響應(yīng)速度，但仍屬于阻抗型裝置，其補(bǔ)償功能受系統(tǒng)參數(shù)影響，且TCR本身就是諧波源，容易產(chǎn)生諧波振蕩放大等嚴(yán)重問(wèn)題。高壓可控硅元件問(wèn)世以來(lái)，逐步取代了有SR。這同時(shí)也產(chǎn)生了許多新的問(wèn)題，首先，其不能迅速連續(xù)地進(jìn)行無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，其次，許多電容器在夜間產(chǎn)生了過(guò)量的無(wú)功，使發(fā)電機(jī)換相運(yùn)行，并影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，因此，中小企業(yè)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)也越來(lái)越引起重視。傳統(tǒng)靜止補(bǔ)償器對(duì)電力系統(tǒng)狀況的調(diào)整和暫態(tài)性能的改善起到了重要的作用，且其控制技術(shù)也比較成型，在實(shí)際電力系統(tǒng)中也得到了不少的有效應(yīng)用。同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償器，是作為并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的一種同步機(jī)，它屬于有源補(bǔ)償器。在電力系統(tǒng)中 ，控制無(wú)功功率的方法很多，包括采用同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕饔冒ㄒ韵聨讉€(gè)方面[7]：（1）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。電弧爐、軋鋼機(jī)等大型設(shè)備會(huì)產(chǎn)生頻繁的無(wú)功沖擊，也會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量。 無(wú)功功率的影響無(wú)功功率對(duì)公用電網(wǎng)和負(fù)荷的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[4]：（1）增加設(shè)備容量。因此，無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)是十分重要的，研究無(wú)功功率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，歸納如下：（1）研究無(wú)功功率，可以解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)中與無(wú)功功率相關(guān)的一系列技術(shù)問(wèn)題。傳統(tǒng)上無(wú)功功率一般采用平均無(wú)功功率概念，它是電路中儲(chǔ)能元件與電源間交換功率的最大值，也是儲(chǔ)能元件與電源間交換能量的一種量度。如相控整流器、相控交流功率調(diào)整電路和周波變換器，在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，需要消耗大量的無(wú)功功率。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變和建設(shè)“節(jié)約型”社會(huì)口號(hào)的提出，電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償也成為研究的熱點(diǎn)。并詳盡的闡述了國(guó)內(nèi)外無(wú)功補(bǔ)償裝置的歷史以及現(xiàn)狀。improving the theory靜止無(wú)功發(fā)生器(Static var Generation，簡(jiǎn)稱SVG)適于實(shí)時(shí)補(bǔ)償沖擊性負(fù)荷的無(wú)功沖擊電流和諧波電流。最后，本文利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件對(duì)SVG工作方式及利用SVG動(dòng)態(tài)提高系統(tǒng)電壓的原理進(jìn)行仿真研究。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線路等也消耗一些無(wú)功功率。變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，這正是無(wú)功功率交換的規(guī)律。近年來(lái)，隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功功率的要求也日益嚴(yán)格。（3）研究無(wú)功功率，掌握它的經(jīng)濟(jì)規(guī)律。（3）使線路和變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無(wú)功負(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和挖掘電網(wǎng)的潛力是十分必要的。無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，將大大提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，供電可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)大大提高供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。通常，在干擾期間，它們都不會(huì)投入或切除。由 晶 閘 管 控 制 電 抗 器 ( ThyristorCon rolledReactor TCR) , 晶 閘 管 投 切 電 容 器Thyristor Switched Capacitor TSC)和以及二者的混合裝置(TCR + TSC)等主要形式組成的靜止補(bǔ)償器(Static Var Compensator SVC)實(shí)際上可看作一個(gè)可調(diào)節(jié)的并聯(lián)電納，其性能比固定并聯(lián)電容器要好得多。在低壓(10kv 以下)供電網(wǎng)絡(luò)中大量地和在中壓(60kv、35kv)配電網(wǎng)絡(luò)中少量地裝設(shè)并聯(lián)電容器組，以滿足調(diào)壓要求，70 年代初有人提出用大負(fù)荷調(diào)壓變壓器改變并聯(lián)電容器組端電壓，以調(diào)節(jié)無(wú)功出力的設(shè)想，終因調(diào)壓變壓器的操作開關(guān)壽命不能保證而未能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)提供無(wú)功的性質(zhì)和方式而言，靜補(bǔ)裝置又分為六種組合方式，固定電容、固定感性、可變?nèi)菪浴⒖勺兏行?、固定容?可變感性、可變?nèi)菪?+ 可變感性，通常所指的靜補(bǔ)裝置是指后兩種方式。早期大量使用同步調(diào)相機(jī)作為無(wú)功補(bǔ)償裝置，但是調(diào)相機(jī)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械存在很大問(wèn)題，如響應(yīng)速度慢、維護(hù)工作量大等。在系統(tǒng)中含有諧波時(shí)，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大，電容器因此而燒毀的事故也時(shí)有發(fā)生。晶閘管投切電容器（Thyristor Switching Capacitor，簡(jiǎn)稱TSC）也獲得了廣泛的應(yīng)用。基于電壓源型逆變器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償功能質(zhì)的飛躍。SVG接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中存在的較高次諧波，另外起到將電流器和電網(wǎng)這兩個(gè)交流電壓源連接起來(lái)的作用，因此所需的電感量并不大，也遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的TCR等SVC裝置所需的電感量。（10）SVG的端電壓對(duì)外部系統(tǒng)的運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)變化是不敏感的。（14）響應(yīng)更為迅速。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）論述了無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕靖拍?，研究背景及目的意義；簡(jiǎn)要介紹了幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置；介紹了無(wú)功補(bǔ)償在國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀；最后，提出了本文的研究?jī)?nèi)容及論文總體框架。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過(guò)大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換。而對(duì)SVC 裝置，其所需儲(chǔ)能元件的容量至少要等于其所提供的無(wú)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 大大減小，SVG 分為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21所示。這個(gè)電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流。如圖224所示，當(dāng)大于時(shí)，電流超前電壓，SVG吸收容性的無(wú)功功率，當(dāng)小于時(shí)，電流滯后電壓，SVG吸收感性的無(wú)功功率，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)控制無(wú)功功率并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康?。由向量圖可知，這個(gè)角也就是變流器電壓與電網(wǎng)電壓的相位差。若控制方法得當(dāng)，SVG在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)還可以對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。 SVG的其他特性SVG接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中可能存在的較高次諧波，另外起到將變流器和電網(wǎng)這兩個(gè)交流電壓源連接起來(lái)的作用，因此所需的電感值并不大。因此，SVG由于用小容量的儲(chǔ)能元件而具有的總體成本低的潛在優(yōu)勢(shì)，還有待于隨著器件水平的提高和成本的降低來(lái)得以發(fā)揮。即不管負(fù)載的無(wú)功功率如何變化，總要使二者之和為常數(shù)，即常數(shù)，則能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動(dòng)，從而達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康模砸种曝?fù)載波動(dòng)所造成的系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。圖32示出了進(jìn)行動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償,并使系統(tǒng)工作點(diǎn)保持在=常數(shù)的示意圖。驅(qū)動(dòng)電路將從控制器接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后加到變流器的門極，控制變流器的導(dǎo)通與截止，完成對(duì)SVG的控制。根據(jù)控制理論的基本原理，要得到穩(wěn)定的電壓，必須引入電壓負(fù)反饋。相應(yīng)地，SVG的控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)也分為三種：一種是控制SVG的輸出電壓；另一種是控制SVG的輸出電流；還有一種是綜合控制，就是綜合控制SVG輸出的電壓和電流。由此得： （22）據(jù)此，可推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時(shí)SVG從電網(wǎng)吸收的無(wú)功電流和有功電流有效值分別為： （23） （24）可以證明，如果無(wú)功電流的符號(hào)以吸收滯后無(wú)功功率為正，吸收超前無(wú)功功率為負(fù)，則當(dāng)滯后于，SVG從電網(wǎng)吸收超前無(wú)功電流時(shí)，其穩(wěn)態(tài)仍然滿足式（23）和式（24），只不過(guò)此時(shí)其中的和均為負(fù)。當(dāng)改變角時(shí)，也隨著改變。以上介紹了SVG的兩種控制方法，即電流的間接控制和電流的直接控制，綜合上述分析，電流間接控制與直接控制具有各自的特點(diǎn)，歸納起來(lái)