【正文】 基于MATLAB軟件建立了SVG系統(tǒng)的數(shù)字仿真模型，并在不同電源和負(fù)載工況下進(jìn)行仿真和模擬試驗。詳細(xì)分析了SVG的基本結(jié)構(gòu)，控制方法和工作原理，以及SVG的優(yōu)特點。電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能質(zhì)量都提出了更高的要求，及時合理的對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和調(diào)節(jié)是解決以上矛盾的切實可行的辦法，因此各國都投入了許多的人力物力對新型的無功補(bǔ)償裝置開展研究。 本章小結(jié) 仿真結(jié)果表明：無功功率補(bǔ)償器能夠很好地補(bǔ)償無功功率，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)接近1，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?。圖 41 SVG仿真原理圖圖42所示為SVG觸發(fā)電路仿真原理圖：圖表 42 SVG觸發(fā)電路仿真原理圖 SVG的波形分析 對SVG型靜止無功補(bǔ)償器的橋臂數(shù)、緩沖電阻、緩沖電容、電力電子設(shè)備、內(nèi)阻、正向電壓等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖所示43：圖表 43 SVG參數(shù)設(shè)置對SVG型靜止無功補(bǔ)償器的三相負(fù)荷進(jìn)行設(shè)置，其中配置、額定線電壓、額定頻率、有功功率、感性無功功率、容性無功功率的參數(shù)如圖44所示：圖表 44 SVG三相負(fù)荷參數(shù)設(shè)置對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中正序振幅、線電壓、頻率、時間變化、波形變化、幅值、時間值的參數(shù)如圖45所示：圖表 45 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置圖 46 系統(tǒng)電壓變化波形圖46表明：無功功率補(bǔ)償器能夠很好地補(bǔ)償無功功率，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)接近1，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?。它以MATLAB的核心數(shù)學(xué)、圖形和語言為基礎(chǔ)的。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。 本章小結(jié)本章首先聲明了說明了電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。（5）在工程實際應(yīng)用中，電流直接控制方法中的脈寬調(diào)制信號的產(chǎn)生方法用得最多的是滯環(huán)控制法和三角波比較法，而三角波比較法更多的用于連續(xù)時域控制，滯環(huán)控制法及改進(jìn)的滯環(huán)控制法則更適合于數(shù)字化控制應(yīng)用。由于瞬時反饋的引入，控制系統(tǒng)對直流側(cè)電壓和交流側(cè)電網(wǎng)電壓波動迅速做出反應(yīng)，保持輸出電流跟隨參考值。正因為如此，電流直接控制策略在SVG中占有重要位置。角變化時，變流器將吸收一定的有功電流，因而直流側(cè)的電容將被充電或放電，因而引起的變化，從而引起的變化。則SVG從系統(tǒng)吸收的無功功率與有功功率分別為： (26) (27)可以證明，如果無功功率的符號以吸收超前無功功率為正，吸收滯后無功功率為負(fù)，則當(dāng)滯后于，SVG從電網(wǎng)吸收滯后無功功率時，其穩(wěn)態(tài)仍滿足以上五式，只是此時、和均為負(fù)值。穩(wěn)態(tài)下將和與角的關(guān)系繪成曲線如圖8所示。 電流間接控制簡單地說，電流間接控制就是按SVG的工作原理，將SVG當(dāng)做交流電壓源來看待，通過對SVG變流器所產(chǎn)生交流電壓基波分量的相位和幅值來間接控制SVG的交流側(cè)所需產(chǎn)生的無功電流，因此，電流間接控制也稱電壓控制。此外，為了保證SVG直流側(cè)的儲能元件保持足夠的電壓和電流，還需要對SVG直流側(cè)的電壓或電流進(jìn)行控制。同時，從SVG的工作原理分析得出，控制SVG的輸出電壓和電流都可以達(dá)到控制調(diào)節(jié)SVG輸出的無功電流的大小和性質(zhì)的目的。同時為了改善控制性能，可以在此基礎(chǔ)上引入補(bǔ)償電流的反饋。SVG送入系統(tǒng)的無功功率量的大小可以由系統(tǒng)調(diào)度或自動裝置指定，但更實際的方式是由SVG根據(jù)自己的任務(wù)自行判斷無功功率發(fā)生量。在靜止無功功率發(fā)生器的控制系統(tǒng)中，采用合適的檢測算法以便精確、快速檢測到所需要的指令信號以及采用合適的控制策略以便精確、快速產(chǎn)生實現(xiàn)控制目標(biāo)的驅(qū)動信號是兩個關(guān)鍵點。一個典型的SVG控制系統(tǒng)的工作過程是：檢測環(huán)節(jié)通過電壓互感器、電流互感器將電網(wǎng)和SVG輸出的電壓、電流輸送到檢測運算電路，檢測運算電路按給定的算法計算出所需要的有用信號傳送到控制器中，這些信號稱為指令信號。當(dāng)使系統(tǒng)的工作點保持在=0處，即圖中的C點時，就實現(xiàn)了功率因數(shù)的完全補(bǔ)償。由式(31)和式(32)可知，無功功率的變化將引起系統(tǒng)電壓成比例地變化。系統(tǒng)、負(fù)載和補(bǔ)償器的單相等效電路圖如圖31所示：圖 31 系統(tǒng)、負(fù)載和補(bǔ)償器的單相等效電路圖其中為系統(tǒng)電壓，和分別為系統(tǒng)電阻和電抗。靜止無功發(fā)生器(SVG)是近年來發(fā)展起來的新型無功功率快速調(diào)節(jié)裝置，它能夠提供連續(xù)變化的感性或容性無功功率，從而在給定范圍內(nèi)實現(xiàn)平穩(wěn)的電壓控制。 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了SVG型靜止無功補(bǔ)償器的工作原理，分別就其不考慮損耗以及考慮損耗進(jìn)行分析，并給出了電路圖及向量圖；本章還介紹了SVG的電壓電流、諧波等工作特性。特別是若將電流型PWM技術(shù)應(yīng)用于SVG中，則可以實現(xiàn)SVG電流的瞬時控制，其動態(tài)性能將更加優(yōu)越，這對SVG的工作原理用受控的無功電流源來描述可能比用交流電壓源來描述更為確切；吸收無功功率連續(xù)，產(chǎn)生的高次諧波量小、分布少；而且可以分項調(diào)節(jié)，損耗與噪聲小。相比而言，遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的TCR等SVC裝置所需的電感量。因此，SVG的運行范圍比SVC 大，SVC 的運行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域，而SVG 的運行范圍是上下等寬的近似矩形的區(qū)域，這是SVG 優(yōu)越于 SVC的一大特點。在穩(wěn)態(tài)情況下，SVG的直流側(cè)和交流側(cè)之間沒有有功功率交換，無功功率在三相之間流動，因此直流側(cè)只需要較小容量的電容即可。圖 25 考慮損耗的SVG等效電路圖 26 考慮損耗的SVG電流超前向量圖圖 27 考慮損耗時SVG電流滯后向量圖因此，三相電壓型SVG裝置采用直流電容器作為電壓源。改變這個相位差，并且同時改變的幅值，才能改變電流的相位和大小，從而SVG從電網(wǎng)吸收的無功功率的大小和性質(zhì)也就因此得到調(diào)節(jié)。其電流超前和滯后工作的向量圖如圖227所示。圖 22 SVG等效電路圖 23 電流超前圖 24 電流滯后（2）計及電抗器和變流器損耗時的工作原理。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無功功率的性質(zhì)和大小。因此，改變SVG 交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相當(dāng)于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制 SVG 從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG 吸收無功功率的性質(zhì)和大小。它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。直流側(cè)分別采用的是電容和電感兩種不同的儲能元件。因此總的來看，在三相電路的電源和負(fù)載之間沒有無功能量的來回往返，各相的無功能量是在三相之間來回往返的。工作特性是SVG裝置參數(shù)和制定相應(yīng)控制策略進(jìn)行補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)和重要依據(jù)。通過SIMULINK建立了SVG的仿真模型，對仿真波形圖進(jìn)行分析，結(jié)果表明，SVG型無功補(bǔ)償在提高功率因數(shù)、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓等方面均能滿足要求。（2）介紹了SVG的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；總結(jié)了SVG無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)特點、電壓—電流、諧波等工作特性。正是SVG具有上述優(yōu)點，因而SVG作為一種新型的無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，已經(jīng)成為現(xiàn)代無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點研究方向之一。SVG響應(yīng)時間≤10ms，傳統(tǒng)靜補(bǔ)裝置響應(yīng)時間:60~100msSVG可在10ms之內(nèi)完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率(或相反)的轉(zhuǎn)換，這種無可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。因此，SVG的電壓無功特性優(yōu)于SVC，即當(dāng)系統(tǒng)電壓變低時，同容量的SVG可以比SVC提供更大的補(bǔ)償容量。當(dāng)外部系統(tǒng)容量與補(bǔ)償裝置容量可比時，SVC將會變得不穩(wěn)定，而SVG仍然可以保持穩(wěn)定，即輸出穩(wěn)定的系統(tǒng)電壓。如TCR型的7次特征諧波量比較大，占基波值的5%~10%；其他型式如SR、TCT等也產(chǎn)生11等次諧波。如果使用降壓變壓器將SVG連入電網(wǎng)，則還可以利用降壓變壓器的漏抗，所需的連接電抗器將進(jìn)一步減小。（4）靜止運行，安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機(jī)那樣的大型轉(zhuǎn)動設(shè)備，無磨損，無機(jī)械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換。其最基本的電路是三相橋式電壓型或電流型變流電路，目前使用的主要是電壓型。靜止無功補(bǔ)償器的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率。飽和電抗器與同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點，響應(yīng)速度快；但是由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償裝置的主流。 同步調(diào)相機(jī)傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償裝置是同步調(diào)相機(jī)(Synchronous Condenser，簡稱SC)。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種無功補(bǔ)償裝置不斷出現(xiàn)，經(jīng)歷了并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器、靜止無功發(fā)生器[8~11]等階段。而并聯(lián)電容、電感則是第一代的靜止無功補(bǔ)償裝置，一般使用機(jī)械開關(guān)投切，但是機(jī)械開關(guān)投切的響應(yīng)速度以秒計，因此無法跟蹤負(fù)荷無功電流的變化；隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管取代了機(jī)械開關(guān)，誕生了第二代無功補(bǔ)償裝置。目前國際上幾個主要的產(chǎn)品形式有 FC2TCR (固定容性 + 可變感性) ,電感的調(diào)節(jié)也有用可控高阻抗變壓器、自飽和電抗器、直流偏磁電抗器的。對可變感性又可分為直流勵磁飽和電抗器(DCMSR) 。功率因數(shù)低，損耗大，系統(tǒng)不穩(wěn)定，效益低等問題日益突出，所以把連續(xù)可調(diào)的無功補(bǔ)償裝置應(yīng)用到在中小型中低壓電網(wǎng)或中小型企業(yè)是十分必要的。可變無功的補(bǔ)償問題越來越受到有關(guān)部門的重視，電力部有關(guān)科研、設(shè)計、試驗單位對靜補(bǔ)裝置在電力系統(tǒng)中的作用進(jìn)行了不少試驗研究工作。 國內(nèi)情況靜止無功補(bǔ)償裝置 (Static Compensator) 或稱SVC 靜止無功系統(tǒng)是相對于調(diào)相機(jī)而言的一種利用電容器和各種類型的電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償(可提供可變動的容性或感性無功)的裝置，簡稱靜補(bǔ)裝置(靜補(bǔ))或靜止補(bǔ)償器。而所謂靜止是指沒有運動部件，這和同步調(diào)相機(jī)不一樣。從功能上講，同步調(diào)相機(jī)只不過是一個被拖動到某一轉(zhuǎn)速并與電力系統(tǒng)同步運行的同步機(jī)。這些補(bǔ)償措施對系統(tǒng)發(fā)生影響是由于它們改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電器長度和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗?？紤]到無功功率是由于系統(tǒng)中各種電容和電感所產(chǎn)生，人們最初使用了無源形式的補(bǔ)償方法。因此，無功功率補(bǔ)償就成為保持電網(wǎng)高質(zhì)量運行的主要手段之一，也是當(dāng)今電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一個重大課題。（2）提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗，節(jié)約能源。由于無功功率完全由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送在經(jīng)濟(jì)上是不合理的，在技術(shù)上也是不可行的。為了保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機(jī)就不允許達(dá)到額定出力。在一般的電網(wǎng)中，有這樣的結(jié)論：有功功率的波動對電網(wǎng)電壓一般影響較小，電網(wǎng)電壓的波動主要是由無功功率的波動引起的。同時，電力用戶的起動及控制設(shè)備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大。通過統(tǒng)計、理論分析和各項技術(shù)措施來達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行的目的。（2）研究無功功率可以促進(jìn)節(jié)能。無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運行所不可缺少的部分。于是，在非正弦波情況下，有關(guān)平均無功功率的有兩種學(xué)派：一種學(xué)派是依據(jù)Budeanu的定義。因此，有磁場空間和電場空間才能存在無功功率產(chǎn)生的空間。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無功功率。阻感負(fù)載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大比例。并對仿真結(jié)果進(jìn)行了全面分析。并且闡述了靜止無功發(fā)生器的工作特性。IGBT、GTO 等電力電子元件的開發(fā)，使大功率高電壓的變流器的應(yīng)用可靠性有了顯著提高, 而且由于采