【正文】 （ 32） 式（ 22）中的 V為提升機(jī)的速度， eNT 為提升機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而 P為有功功率。 作為 無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞街唬骄a(bǔ)償方式正是基于這種理論而進(jìn)行的，根據(jù)平均的P、 Q 期望的平均功率因數(shù)，確定 ?Q ，保證在一個(gè)提升周期中的平均功率因數(shù)達(dá)到期望值。 傳統(tǒng)的無功功率概念是定義在平均基礎(chǔ)上的。三項(xiàng)不對(duì)稱電路的功率因數(shù)至今沒有統(tǒng)一的定義，有一種定義方式： (31) 式（ 31）中，各相的 S 為其電流與各相 到人為中點(diǎn)電壓的乘積。三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。如果諧波濾波器的容性無功小于感性負(fù)載產(chǎn)生的感性無功時(shí)，則 SVG 通過檢測(cè)電路回饋的信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生容性無功進(jìn)行補(bǔ)償；如果諧波濾波器的容性無功大于感性負(fù)載產(chǎn)生的感性無功時(shí)，則 SVG 通過檢測(cè)電路回饋的 信號(hào)，產(chǎn)生感性無功進(jìn)行補(bǔ)償 ，以保證感性無功和容性無功二者的平衡 。通過對(duì)變壓器低壓側(cè)的電壓、電流的檢測(cè)和對(duì) SVG 直流側(cè)電容 C兩端電壓的檢測(cè)，并通過 同 步檢測(cè)電路 ，將測(cè)得的數(shù)據(jù) 送到 DSP的 AD接口 ,在 DSP內(nèi) 經(jīng)過一系列的計(jì)算，送入到 PWM 脈沖發(fā)生器，由此產(chǎn)生合適的 6 脈沖， 由 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 進(jìn)入到靜止無功發(fā)生器（ SVG） ,而 SVG則根據(jù)進(jìn)入的脈沖產(chǎn)生合適的無功功率， 從而 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償。以為 ?Q 給定，而實(shí)際無功為反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器，輸出量為無功發(fā)生器 SVG 的無功電流期 ?qi ，可實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。 2）無功補(bǔ)償控制器部分：補(bǔ)償控制器的作用是根據(jù) 電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)電路以及同步電路，由一系列運(yùn)算得出 電力系統(tǒng)的瞬時(shí) 有 功功率 P和 瞬時(shí)無功功率 Q，再由 期望的功率因數(shù) ??cos ，求出應(yīng)有 的無功功率 ?? ? ?tanPQ 。 因?yàn)?本課題是三相負(fù)載，所以主要對(duì) 113 次的諧波進(jìn)行抑制，由于這 1 13次的諧波所占的能量對(duì)整個(gè)諧波來說，已經(jīng)占據(jù)了絕大多數(shù)，因此應(yīng)該采取措施對(duì)這幾種高次諧波進(jìn)行抑制。由式 (212)可得 ： avmm EEUE ??? (212) 無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 C3 s / 2 rP IQ 計(jì) 算P 計(jì) 算E 、 θ 計(jì) 算E d 、 θ計(jì) 算C2 r / 3 sW LW LA U RA C RA C RP W M調(diào)制C3 s / 2 r電 壓互 感 器Ud 檢 測(cè)負(fù) 載1 0 K V電 壓互 感器Ud*Udiq*iqUp b*Up c*Up a*E dUp d*idid*UdiaibicθiqidθiDiPQ*EiAiBiC……??tanUp q* 圖 31 無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)無功動(dòng) 態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如 圖 31 所示， 主要可以分為 3個(gè)部分： SVG靜止無功發(fā)生器主電路控制部分、無功補(bǔ)償控制器部分以及 LC 濾波部分。 ua c1 u F+ 1 5 V 1 5 V5 VFGA D C I N 0 02 K2 K 圖 27 θ 檢測(cè)電路及波形分析 Ed的物理概念及計(jì)算 在矢量運(yùn)算中，需用到電壓空間矢量的幅 E及 E 在 d軸上的分量 Ed。 UG的正跳為 ? 的起始點(diǎn)。 顯然， upa比 ae 滯后 ? ，這與幅相控制理論是吻合的。 由式 (23)可得 ： ? ?qda EEe ?? s inc os32 ?? 因?yàn)?， , EEd ? wtEEeama c osc os32 ?? ? (210) 式中， E — 三相交流電源合成的電壓空間矢量幅值； amE — a 相電源、電壓幅值。 ? 的物理概念及檢測(cè) 在矢量運(yùn)算中，需要用到交流電壓空間矢量 E相對(duì)于 a相繞組軸線 的空間位置角 ? 。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 A C D RA C Q RL? L?*di *qi + dE+矢量運(yùn)算S P W M調(diào) 制A U R同 步*dudu *pqu*pduup a*up b*up c*+id 、iq檢 測(cè)~UdUd檢 測(cè)?E d 檢 測(cè)idiqia , b , c*?tgL++ 圖 26 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不要檢測(cè)交流電流、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、存在的缺點(diǎn)是電流有功分量 id、無功分量 iq的響應(yīng)比較慢，影響整流器的動(dòng)態(tài)抗擾性能。為提高系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能，增加前饋控制環(huán)節(jié)。 3/2 變換矩陣見式 (28) ??????????????????????????????????iicbaiii232302121132?? (28) 旋轉(zhuǎn)變換矩陣見 (29) c o s s i ns i n c o sdqi ii i????????? ??????? ??????? ???? (29) ACDR調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié) id的，采用 PI 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出量 upd1*。 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng) 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制的整流器結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。無功分量期望值 iq*取決于期望的功率因數(shù)角 φ *。電壓調(diào)節(jié)器AUR 采用 PI 調(diào)節(jié)器。 電流開環(huán)、電壓閉環(huán)控制系統(tǒng) 根據(jù)式 (26)、式 (27)可建立直流電壓 ud閉環(huán)、電流開環(huán)的 PWM整流器的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。 圖 24 E、 up、 I 矢量圖 根據(jù)坐標(biāo)變換原理，三相交流電源 ea、 eb、 ec與電壓空間矢量 E 的兩個(gè)分量 Ed、 Eq之間的關(guān)系為： ? ? ? ?? ? ? ? ??????????????????????????????????qdcbaEEeee????120s i n120c o s120s i n120c o ss i nc o s32?????? (23) 式中： E—? 與 a 軸之間的夾角， ?? dt?? 。顯然， E 在 q 軸上的分量 Eq=0 ， Ed=E。 d 軸相對(duì)于發(fā)電機(jī) a 相繞組軸線的夾角為 θ 。 ω 就是交流電源的角速度 2π f。下面僅介紹基于矢量控制技術(shù)的 PWM 整流器理論。這兩個(gè)分量是直流量，經(jīng)坐標(biāo)變換后變成三相交流量。對(duì)于 up的控制方法有兩種，一是交流幅相控制，另一種是矢量控制。可用作無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。可用作無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。此時(shí)，是理想的逆變狀態(tài)，將直流電源變成交流電，回饋電網(wǎng)。此時(shí)，是理想的整流狀態(tài)，將三相交流電源變成直流電源。 (d) ia 滯后 ea 90176。 圖 2– 2 交流側(cè) a 相等效電路 相量表達(dá)式為： paaaa UILjIRE .... ??? ? （ 22） 在調(diào)節(jié) paU 的幅值和相位時(shí)，改變 aI 的幅值和相位，可得到以下四種典型的相量圖，每 種相量圖對(duì)應(yīng)于一種典型的應(yīng)用。 圖 2– 1 三相 PWM 整流器主電路 交流側(cè) a 相等效電路如圖 22 所示。其基波分量與電網(wǎng)側(cè)的電壓同頻率。此為斬波升壓 電路。當(dāng) V3關(guān)斷時(shí)， L 向直流回路釋放能量，同時(shí) abU 也向直流回路輸出能量。 2．矢量控制相關(guān)的基本理論 PWM 整流器的基本原理 三相 PWM 整流器的主電路如圖 21 所示。此外，本設(shè)計(jì)還采用了 LC 諧波濾波器來濾除電網(wǎng)的濾波。當(dāng) SVG 采用無功電流反饋控制時(shí)，其響應(yīng)速度也非常快，而且采用 SVG 作為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置比 SVC 更加優(yōu)越，而先進(jìn)的控制技術(shù)以及高性能的微處理器（ DSP）的出現(xiàn)，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于 SVG 裝置成為可能。 至于電網(wǎng)中的諧波問題，在 SVG中可以用橋式變流電路的多重化技術(shù)，以消除較低的諧波使高次諧波減小到可以接受的地步。此外，對(duì)于那些以補(bǔ)償輸電為目的的 SVG 來講，如果直流側(cè)采用較大的儲(chǔ)能電容，或者其他的直流電源，則 SVG還可以在必 要短的時(shí)間向電網(wǎng)提供一定量的無功功率。大功率門極可關(guān)斷晶閘管（ IGBT）的出現(xiàn)使得電子開關(guān)逆變器的可控?zé)o功電源得到發(fā)展并進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。因此在配電系統(tǒng)里幾乎都是使用電容器來補(bǔ)償負(fù)載所需的無功功率，以改善功率因數(shù)。同時(shí)，電力網(wǎng)絡(luò)中的用電設(shè)備消耗的無功功率也必須從網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)地方獲得，顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)動(dòng)機(jī)提供并經(jīng)過長(zhǎng)距離輸送是不合理的，通常也是不可能的。但 SVG 具有調(diào)節(jié)速 度更快且不需大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件，諧波含量小， 以及 同容量占地面積小等諸多優(yōu)點(diǎn)， 鑒于此， 其優(yōu)越性能必將使其成為未來無功補(bǔ)償設(shè)備的重要發(fā)展方向。 又 由于其控制復(fù)雜，所用的全控型器件價(jià)格昂貴，所以目前還沒有普及，尤其在我國，大功率電力電子器件目前基本依賴進(jìn)口，成本太高，根據(jù)我國國情，此類裝置的實(shí)用化尚需相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。東北電力集團(tuán)和電力科學(xué)研究院等單 位合作，在 500千安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 伏超高壓輸電線路可控串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难芯?領(lǐng)域也 取得了階段性的成果。 20Mvar SVG在河南洛陽的朝陽變電站并網(wǎng)成功，并于 2021年 6月通過鑒定，這是國內(nèi)首臺(tái)投入應(yīng)用的大容量柔性交流輸電裝置。 1995年，清華大學(xué)和河南省電力局共同研制出我國首臺(tái)作為工業(yè)試驗(yàn)裝置的 177。 160MVA，整個(gè)容量為 320MVA。 1997年德國西門子公司將開發(fā)研制的 8MvarSVG安裝在丹麥的農(nóng)場(chǎng)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。 100Mvar的 SVG，并于 1996年 10月投運(yùn)至今，運(yùn)行情況良好。 1979年日本三菱公司和關(guān)西電力推出世界上第一臺(tái)采用晶閘管強(qiáng)迫換流的 20Mvar的強(qiáng)迫自換向的橋式 SVG裝置并網(wǎng)運(yùn)行，隨著電力電子器件的發(fā)展，尤其是高壓功率門極可關(guān)斷晶閘管 GTO等自關(guān)斷器件開始達(dá)到可用于 SVG中的電壓和電流，并成為 SVG的自換相橋式電路中的主力，才極大的推出了 SVG的開發(fā)和利用。控制器根據(jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過六個(gè)全控型開關(guān)器件構(gòu)成的三相逆變器向系統(tǒng)輸入感性或者容性無功。典型電壓型 SVG的工作原理：以二極管構(gòu)成的整流橋從交流系統(tǒng)吸收少量的有功功率。 SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者是直接并聯(lián)導(dǎo)電網(wǎng)上。 SVG可以分為電壓型和電流型兩種類型，直流側(cè)分別采用電容和電感作為儲(chǔ)能元件。目前國內(nèi)外對(duì) SVC的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等控制手段也被引入 SVC控制策略，使 SVC系統(tǒng)的性能更加提高。瑞士勃朗 .鮑威利公司已經(jīng)此種補(bǔ)償器用于高壓輸電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。 TSC補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無功功率，如果級(jí)數(shù)分的夠細(xì)，基本上可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，瑞典某鋼廠的兩臺(tái) 100t電弧爐安裝 60Mvar的 TSC后，有效地使130KV的電網(wǎng)電壓保持在 15%的波動(dòng)范圍。但用接觸器來投切會(huì)出現(xiàn)巨大的沖擊涌流，而且閉合時(shí)觸頭顫動(dòng)導(dǎo)致電弧燒毀嚴(yán)重，現(xiàn)在靜止無功補(bǔ)償器一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備。靜止無功補(bǔ)償器是它的一個(gè)類型，靜止無功補(bǔ)償技術(shù)是 20世紀(jì) 70年代以后發(fā)展起來的，是指用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有發(fā)出和吸收無功電流的能力，用于提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓等。 隨著現(xiàn)在電力電子技術(shù)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，相控技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)被引入到電力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了近年來出現(xiàn)的新技術(shù) —— 柔性交 流輸電系統(tǒng)，其本質(zhì)就是將高壓大功率的電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以增強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的控制能力，提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。并聯(lián)電容器補(bǔ)償簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，靈活方便，有取代同步調(diào)相機(jī)的趨勢(shì)，但只能補(bǔ)償固定無功，還可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大。 國內(nèi)外無功動(dòng)態(tài)的技術(shù)概況 傳統(tǒng)的無功功 率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)和