【正文】 電能質(zhì)量是涉及電力電子、電氣自動(dòng)化、電力系統(tǒng)和理論電工等領(lǐng)域的一個(gè)前沿性、交叉性研究課題，限于作者現(xiàn)有的水平和論文時(shí)間等方面的因素，本文只對(duì)無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制進(jìn)行了一些初步的研究，論文不可避免還存在很多不足，且還有許多方面的工作有待進(jìn)一步研究和探索。通過(guò)公式的推導(dǎo)運(yùn)算，闡述了SVG如何穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。并且闡述了靜止無(wú)功發(fā)生器的工作特性。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。SVG作為有代表性的無(wú)功補(bǔ)償裝置，對(duì)它的深入研究將促進(jìn)各種控制理論和算法在電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償方面取得進(jìn)步。5 結(jié)論 靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)的發(fā)展是電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，也和現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)所取得的巨大進(jìn)展密切相關(guān)。電壓和電流都能夠穩(wěn)定。補(bǔ)償后的電流在很大程度上降低了線路損耗。圖 47 系統(tǒng)無(wú)功功率變化波形圖47表明：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。該仿真圖為一個(gè) 100Mvar的SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器控制一個(gè)6000MVA 735kV的系統(tǒng)。 SVG仿真模型的建立現(xiàn)模擬如圖41所示的SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器。SIMULINK是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性仿真系統(tǒng)，SIMULINK仿真工具箱包括專(zhuān)門(mén)用于電氣仿真的電力系統(tǒng)模塊PSB（Power System Block），這個(gè)模塊集包括典型電力設(shè)備的模型，如變壓器、線路、電機(jī)以及電力電子學(xué)等，對(duì)電力系統(tǒng)仿真帶來(lái)極大方便。MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。4 SVG工作原理的仿真研究 引言MATLAB是由美國(guó)MathWorks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。指明了改善電壓調(diào)整，提高電壓穩(wěn)定度的重要性，其次詳細(xì)說(shuō)明了SVG是如何穩(wěn)定電壓，通過(guò)公式的推導(dǎo)，加以詳細(xì)說(shuō)明。但由于電流的間接控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟，能夠很好的提高電壓，所以，目前仍以電流的間接控制為主導(dǎo)?？臻g矢量法適合用于三相對(duì)稱(chēng)正弦系統(tǒng)，佛則由于計(jì)算量大和需要增加濾波環(huán)節(jié)來(lái)檢測(cè)基波無(wú)功電流，影響控制效果。（4）SVG采用電流直接控制方法后，其響應(yīng)速度和控制精度將比間接控制法有很大的提高，在這種控制方法下，SVG實(shí)際上已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)受控的電流源，但直接控制法由于是電流瞬時(shí)值的跟蹤控制，因而要求主電路電力半導(dǎo)體器件有較高的開(kāi)關(guān)頻率，這對(duì)于大容量的SVG目前是難以做到的。（2）直接控制比間接控制的系統(tǒng)穩(wěn)定性高。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)有以下幾個(gè)方面：（1）電流的間接控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟；但直接控制與間接控制相比，控制精度高，系統(tǒng)具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)。電流直接控制的基本思想是使用適當(dāng)?shù)腜WM策略對(duì)系統(tǒng)的瞬時(shí)無(wú)功電流進(jìn)行處理來(lái)得到PWM脈沖信號(hào)，然后使用該P(yáng)WM脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)變流器中可控電力電子器件的門(mén)極，從而控制變流器的輸出電流瞬時(shí)值與系統(tǒng)的瞬時(shí)無(wú)功電流在允許的偏差范圍內(nèi)。理論上，各種PWM技術(shù)都可以對(duì)SVG的交流側(cè)產(chǎn)生的電流進(jìn)行控制，并且由于電流直接控制對(duì)SVG輸出的無(wú)功電流進(jìn)行直接控制，因此比電流間接控制更能精確的控制SVG輸出的無(wú)功電流。當(dāng)暫態(tài)過(guò)程完畢時(shí)，、必然滿足上述關(guān)系式。當(dāng)改變角時(shí)，也隨著改變。由式（25）可以看出，與變流器交流側(cè)基波電壓的大小一一對(duì)應(yīng)，這就為控制提供了理論依據(jù)。圖 33 、與的關(guān)系曲線另外，由式（21）還可得SVG交流側(cè)輸出電壓為： （25）也就是說(shuō)，穩(wěn)態(tài)下角與變流器交流側(cè)基波電壓的大小也是一一對(duì)應(yīng)的?？梢?jiàn)在角絕對(duì)值不致太大的范圍內(nèi)，與接近為線性的正比關(guān)系。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)。分析圖27，以吸收之后電流為例。SVG的控制策略很多，概括起來(lái)，根據(jù)是否直接控制SVG的輸出電流來(lái)分，可以分為電流間接控制和電流直接控制兩種方法。這樣，在SVG的控制系統(tǒng)中，需要檢測(cè)的信號(hào)主要是系統(tǒng)的電壓和無(wú)功電流以及SVG輸出的電壓、電流和SVG直流側(cè)的電壓或電流。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。這不但為使用SVG實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的多種不同控制目標(biāo)提供了基礎(chǔ)，而且為采用多種不同的控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)SVG輸出的無(wú)功電流的控制提供了條件。從SVG的工作原理分析可知，SVG的輸出電流主要是無(wú)功電流控制SVG輸出的無(wú)功電流（無(wú)功電流有效值或瞬時(shí)無(wú)功電流）或者無(wú)功功率（無(wú)功功率或瞬時(shí)無(wú)功功率），也就改變了SVG吸收無(wú)功功率的大小和性質(zhì)。SVG作為快速補(bǔ)償干擾性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，他的控制策略的選取原則與SVC裝置一樣。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。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，它是根據(jù)多種任務(wù)職能自動(dòng)判定任務(wù)的兼顧程度和主要任務(wù)，并使運(yùn)行限制在容量和其它參數(shù)允許范圍內(nèi)。由于SVG的控制系統(tǒng)是為獲取所需的控制信號(hào)和動(dòng)態(tài)特性對(duì)檢測(cè)信號(hào)和給定參考輸入量進(jìn)行處理，一切控制都是圍繞這一要求進(jìn)行的。換而言之，檢測(cè)算法和控制策略是直接決定著控制系統(tǒng)的控制性能和SVG的輸出性能。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(mén)極，控制變流器的導(dǎo)通與截止，完成對(duì)SVG的控制。因此檢測(cè)環(huán)節(jié)至少包括電壓互感器、電流互感器和采樣、鎖相、運(yùn)算等電路以及指令信號(hào)檢測(cè)算法。圖 32 系統(tǒng)電壓與無(wú)功功率變化曲線 SVG的控制方法SVG的控制系統(tǒng)是一個(gè)包括檢測(cè)、控制和驅(qū)動(dòng)等多個(gè)環(huán)節(jié)的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷正常時(shí)的特性補(bǔ)償器系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷正常時(shí)，無(wú)需補(bǔ)償器提供無(wú)功功率。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。投入補(bǔ)償器之后，系統(tǒng)供給的無(wú)功功率為負(fù)荷和補(bǔ)償器無(wú)功功率之和，即 （33）如果補(bǔ)償器的無(wú)功功率總能彌補(bǔ)的反方向變化，以使得維持不變，即，則也將為零，從而供電電壓保持恒定。一一系統(tǒng)短路容量。設(shè)負(fù)荷變化很小，故有遠(yuǎn)小于，則假定遠(yuǎn)小于時(shí)，由圖32可以看出，該特性曲線是向下傾斜的，即隨著系統(tǒng)供給的無(wú)功功率的增加，供電電壓下降。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。 SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器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)哪康摹６娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡，有充足的無(wú)功電源是保證電力系統(tǒng)有較好運(yùn)行電壓水平的必要條件。由此可知，SVG具有總體成本低的潛在優(yōu)勢(shì)。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。但是，SVG的控制方法和控制系統(tǒng)顯然要比SVC復(fù)雜。若對(duì)SVG補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流或無(wú)功功率進(jìn)行反饋控制，則響應(yīng)速度快。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，所需的連接電抗器進(jìn)一步減小。 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。圖 28 SVG的電壓電流特性 SVG的諧波特性在SVG 中完全可以采用橋式交流電路的多重化技術(shù)、多電平技術(shù)或 PWM 技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)如 11等次諧波減小到可以接受的程度。而對(duì)SVC 系統(tǒng)，由于其所能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，因而隨著電壓的降低而減小。此外，SVG裝置用銅和鐵較少，具有優(yōu)良的補(bǔ)償特性，雖然由于控制復(fù)雜且全控器件價(jià)格昂貴還沒(méi)有普及，但其優(yōu)越性能必將使其成為未來(lái)諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)置的重要發(fā)展方向，是新一代無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的代表。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。其充電的能量和電路的損耗，可由直流側(cè)設(shè)置的電源供給，也可由交流電源供給。因此，實(shí)際上變流器交流測(cè)電壓與電流的相位差并不是嚴(yán)格的，而是比略小。此時(shí)，將變流器本身的損耗也歸算到交流側(cè)，并歸入連接電抗器電阻中統(tǒng)一考慮。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。圖中為電網(wǎng)電壓，為SVG輸出交流的電壓，連接用的電抗器上的電壓即為和的相量差。考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗（如管壓降、線路電阻等），并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則SVG的實(shí)際單相等效電路如圖25所示。由于SVG正常工作是就是通過(guò)電力電子元件開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和阻斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，如同一個(gè)電壓型變流器，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)。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?。若忽略電抗器的有功損耗，因此不必從電網(wǎng)有功能量。這個(gè)電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流。圖 21 電壓型SVG電路（1）在圖22的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，沒(méi)有考慮其損耗以及變流器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收有功能量。這個(gè)電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流。所以，SVG 的工作原理就可以用圖22所示的單相等效電路圖來(lái)說(shuō)明。因此，當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)，SVG 可以等效地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。電壓型橋式電路，還需再串聯(lián)上連接電抗器才能并入電網(wǎng)；電流型橋式電路，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的電容器；實(shí)際上，由于運(yùn)行效率的原因，迄今投入實(shí)用的SVG大都采用電壓型橋式電路，因此SVG 往往專(zhuān)指采用自換相的電壓型橋式電路作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。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(lèi)型，其電路基本結(jié)構(gòu)如圖21所示。所以，如果能用某種方法將三相各部分無(wú)功能量統(tǒng)一起來(lái)處理，使三相電路電源和負(fù)載間沒(méi)有無(wú)功能量的傳遞，在總的負(fù)載側(cè)就無(wú)需設(shè)置無(wú)功儲(chǔ)能元件，三相橋式變流電路實(shí)際上就具有這種將三相總的統(tǒng)一處理的特點(diǎn)。在平衡的三相電路中, 不論負(fù)荷的功率因數(shù)如何，三相瞬時(shí)功率的和是一定的，在任何時(shí)刻都是等于三相總的有功功率。本章在分析SVG 工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)SVG的電壓電流特性和諧波特性等工作特性進(jìn)行了分析。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(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換。2 SVG的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 引言SVG屬于第三代靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。 （4）在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下對(duì)SVG無(wú)功