【正文】 聯(lián)而成，其主要功能是將直流電壓變換為交流電壓， 而交流電壓的大小、頻率和相位可以通過(guò)控制逆變器中可關(guān)斷器件的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行控制，連接變壓器將 逆變器連接變壓器sUtK:1dE 1UI電力系統(tǒng)+ 20 注 入 系 統(tǒng) 的 電 流 超 前注 入 系 統(tǒng) 的 電 流 滯 后相 當(dāng) 于 電 感相 當(dāng) 于 電 容XX?I?I ?sU?sU?1U?1U s1 UU ?s1 UU ? 圖 2－ 5 ASVG 裝置調(diào)節(jié)無(wú)功的原理示意圖 逆變器輸出的電壓變換到系統(tǒng)電壓，從而使 ASVG 裝置可以并聯(lián)到電力系統(tǒng)中。 2/X I2/X I ??? VVs 0r 0VV ???II cI?0r 0VV ????? VVs 2/Vm ??cB? Vm2/? Ic /? 圖 2. 4 中點(diǎn)電容補(bǔ)償?shù)亩叹嚯x對(duì)稱(chēng)線(xiàn)路 對(duì)于圖示系統(tǒng)，如用線(xiàn)路中點(diǎn)電壓來(lái)描述輸出功率，其表達(dá)式我為 2sin2XVVP1m ?? 因此由電壓增量 mV? 引起的功率增加 P? 為 m1 V2sinX2VP ??? ? 同樣如圖 所示 cmc BVI ??? 在線(xiàn)路中點(diǎn)的并聯(lián)電容器中的電流 cI? 。在無(wú)功補(bǔ)償并設(shè) sV = rV =V 時(shí)，功率方程為 2c os22s inXVs inXVP 1212 ??? ?? 由電壓的向量方程和圖 的向量圖可得 17 2sinX2VI 11 ?? 2/X I 2/X I ??sV 2/Vm ?? 0r 0V ? 2/? ??? VV s II XjIII 0r 0VV ?? a 2/X I 2/X I ??? VVs 0r 0V ??IX?? II II ??II II ?? )X)(XIj ( I IIII ???? 0r 0VV ????? VVs b 圖 短距離對(duì)稱(chēng)線(xiàn)路的串聯(lián)補(bǔ)償 如果通過(guò)插入一個(gè)串聯(lián)電容器來(lái)控制線(xiàn)路的等效電抗，并使線(xiàn)路的端電壓保持不變，那么，線(xiàn)路電抗 IX? 的變化就會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)路電流 I? 的變化，即 1111211 xXIX2s inX2VI ??????? ? 因此，根據(jù)式 可得，輸送功率的相應(yīng)變化為 1212 X2c os22s inXVP ???? ?? 利用式 和式 2. 19，式 可以寫(xiě)成 ）（ 211 IX22 ta n1P ???? ? 由于 1X?? 時(shí)由串連電容器加入 的電抗，因此 211IX? = seQ? 就表示串聯(lián)電容器發(fā) 18 出的功率值。 對(duì)輸送功率的影響 考慮串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)總會(huì)將它與并聯(lián)補(bǔ)償相比較，而通過(guò)對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析就能基本了解并聯(lián)和串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)輸送能力的影響。這些機(jī)組的結(jié)構(gòu)是多氣缸與發(fā)電機(jī)大軸連接在一起，從而組成了一個(gè)多質(zhì)量塊彈性耦合的機(jī)械系統(tǒng)，這一系統(tǒng)呈現(xiàn)處多個(gè)低頻率的扭轉(zhuǎn)振蕩模式。但是，串聯(lián)補(bǔ)償在實(shí)際應(yīng)用中的上限為 線(xiàn)路無(wú)源補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)影響是感性并聯(lián)補(bǔ)償會(huì)造成線(xiàn)路在超同步頻率諧振，而容性串聯(lián)補(bǔ)償會(huì)造成線(xiàn)路在此同步頻率諧振。 在兩點(diǎn)之間具有多條潮流通路的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，帶串聯(lián)補(bǔ)償?shù)妮旊娋€(xiàn)路可以成為主要的潮流通路。線(xiàn)路吸收的無(wú)功功率依賴(lài)于線(xiàn)路 電流，一次采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償時(shí)，其無(wú)功補(bǔ)償量會(huì)自動(dòng)與線(xiàn)路電流成正比的調(diào)整。串聯(lián)補(bǔ)償可以提高線(xiàn)路的最大輸送能力。此外，并聯(lián)電容器的加入會(huì)形成高頻諧振電路，從而導(dǎo)致系統(tǒng)某些母線(xiàn)上的諧波過(guò)電壓。并聯(lián)電抗器通常是有空氣間隙的電抗器，有時(shí)是空心電抗器。圖 所示為連接在長(zhǎng)距離高電壓交流輸電線(xiàn)路上并聯(lián)電抗器的接線(xiàn)方式。并聯(lián)裝置可以永久性的與系統(tǒng)相連接或通過(guò)開(kāi)關(guān)與系統(tǒng)相連接。靜電型設(shè)備將能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)中，這些設(shè)備吸收超前的電流，從而產(chǎn)生負(fù)值的 Q，因此被看作是無(wú)功功率的發(fā)生器。圖 展示了一個(gè)常用的功率三角形。事實(shí)上無(wú)功功率是所有交流電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。 為了產(chǎn)生所需要的耦合電場(chǎng)和磁場(chǎng)，無(wú)功功率是必須的。 式 可以用圖形來(lái)表示，如圖 所示。除去電阻性元件中的能量消耗，所有能量耦合設(shè)備，包括變壓器和能量轉(zhuǎn)換裝置，都是根據(jù)它們儲(chǔ)存和示范能量的能力來(lái)運(yùn)行的。交流電網(wǎng)以及接在交流電網(wǎng)上的電氣一旦通電，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所加交流電壓相關(guān)的時(shí)變電場(chǎng)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所流經(jīng)電流相關(guān)的時(shí)變磁場(chǎng)。 由于補(bǔ)償后無(wú)功負(fù)荷的減少，負(fù)載降低，相應(yīng)的增加了變壓器的富余容量，提高了輸出能力。 銅損減少的有功功率為 2212 )c osc os1( ??? ???? KT PP 式中： ? 為變壓器的負(fù)載率； 1cos? 、 2cos? 為補(bǔ)償前、后的功率因數(shù)； KP? 為變壓器的額定銅損。 投入電容補(bǔ)償后，流過(guò)變壓器繞組中的電流減少，故繞組的有功損耗也相應(yīng)減少。 當(dāng)線(xiàn)路通過(guò)電流 I 時(shí)，其有功損耗為 32 103 ???? RIP 或 322 2 10c os3 ???? ?U RPP 可見(jiàn)，線(xiàn)路有功損耗 P? 與 ?2cos 成反比， ?cos 越高 ， P? 越小。 電力網(wǎng)的電壓損失可以表示為 UQXPRU ??? 可以看出，影響 U? 的因數(shù)有四個(gè)：線(xiàn)路的有功功率 P、無(wú)功功率 Q、電阻 R、和電抗 X。功率因數(shù)還可以表示成下述形式 UIPSP 3cos ??? 可見(jiàn)，在一定的電壓和電流下，提高 ?cos ，其輸出的有功功率將增大。 有功功率 P、無(wú)功功率 Q 和視在功率 S 之間的關(guān)系為 ： 12 22 QPS ?? 而電力網(wǎng)的功率因數(shù)為 SP??cos 功率因數(shù)的物理意義是線(xiàn)路的視在功率 S 供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。因此，解決無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，對(duì)電網(wǎng)降低損耗、節(jié)省能源、提高電能質(zhì)量有著極為重要的意義。 在電力系統(tǒng)中，無(wú)功應(yīng)保持平衡，否則將會(huì)使系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、系統(tǒng)癱瘓。換句話(huà)說(shuō)，在此電路中由于晶閘管的控制作用。只存在電源向負(fù)載傳送功率，即不出現(xiàn)電源 負(fù)載間的能量交換。進(jìn)一步看，在 0~α范圍內(nèi)，瞬時(shí)功率為 0，即電源停止傳輸功率。這個(gè)結(jié)果與正弦電路中純電阻負(fù)荷功率因數(shù)等于 1 的結(jié)論是完全違背的。 式中： RU 是電阻兩端電壓的有效值； I 時(shí)回路電流有效值， U 是電源正弦電壓有效值。 11 在單電源串晶閘管帶 純電阻 負(fù)載 的 電路中 ， 由于 觸發(fā)角α的存在，當(dāng)電源電壓波形為正弦時(shí)，流經(jīng)電阻的電流波形發(fā)生了畸變。 當(dāng)供電負(fù)載為感性時(shí)，功率因數(shù)小于 1，此外，在半導(dǎo)體應(yīng)用系統(tǒng)中，觸發(fā)角α的變化將引起電力網(wǎng)的電流畸變。在交流電一個(gè)周期的一部分時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)能元件從電源吸收能量，另一部分時(shí)間內(nèi)將能量返回電源，理想的無(wú)損耗儲(chǔ)能元件在整個(gè)周期平均功率是零。但新型功率器件的引用，也使得主電路拓?fù)?10 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及主電路過(guò)電壓吸收電路參數(shù)的選擇成為 ASVG 研究中的一個(gè)新 課題。 目前國(guó)內(nèi)外已研制的大功率 ASVG 裝置 多 采用 GTO 器件，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及對(duì)供電質(zhì)量要求的提高， GTO 開(kāi)關(guān)頻率已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，為減少諧波和提高容量，必須采用變壓器曲折連接方式，這樣使電路設(shè)計(jì)復(fù)雜化，且保護(hù)電路難以有效工作，新型功率器件如 IGBT、 IGET 具有很多優(yōu)點(diǎn)：飽和壓降低、安全工作區(qū)寬、驅(qū)動(dòng)功率地和工作頻率高等。 電力電子技術(shù)的發(fā)展使得 ASVG的工程應(yīng)用研究也出現(xiàn)了 2個(gè)明顯趨勢(shì)，一是不斷采用新器件，如 IGBT， IGET等，另一方面是向中低壓配電網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，旨在提高用戶(hù)側(cè)的電能質(zhì)量。 50MVA 新型靜止無(wú)功發(fā)生器裝置采用基于 IGCT 器件的鏈?zhǔn)侥孀兤?,每相由 10 個(gè) IGCT單相逆變器 (鏈節(jié) )串聯(lián)而 成并輸出 10kV 線(xiàn)電壓 ,IGCT 器件容量為 4500V/4000A。 20MVA 的 ASVG在河南洛陽(yáng)的朝陽(yáng)變電站并網(wǎng)成功，這是國(guó)內(nèi)首臺(tái)投入運(yùn)行的大容量柔性交流輸電裝置。 100MVA 的 ASVG 裝置，于 1996 年 10月投運(yùn)。80MVA 的 ASVG 裝置，與 1991 年在犬山變電站投運(yùn)。 1MVA 的 ASVG 裝置投入運(yùn)行，這是首臺(tái)采用大功率 GTO 器件作為逆變器元件的靜止補(bǔ)償器。 在工程應(yīng)用方面，日本關(guān)西電力公司與三菱電機(jī)公司共同研制并于 1980 年 1 9 月投運(yùn)了世界上首臺(tái) ASVG 的樣機(jī)，它采用了晶閘管強(qiáng)制換相的電壓型逆變器，容量為 20MVA。 包含 ASVG裝置的電力系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)耦合的非線(xiàn)性系統(tǒng)，因此，如何從系統(tǒng)級(jí)角度發(fā)揮 ASVG裝置在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的作用，有效提高電力系統(tǒng)的傳輸容量并增強(qiáng)其靜、暫態(tài)穩(wěn)定性，最后實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的是當(dāng)前 ASVG研究的另一個(gè)焦 點(diǎn)。內(nèi)環(huán)控制器的基本任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)同步的驅(qū)同，從而在變流器 的輸出電流和無(wú)功功率指令之間建立一種線(xiàn)性的關(guān)系，外環(huán)控制器用于提供內(nèi)環(huán)控制器所需要的無(wú)功功率參數(shù)值。內(nèi)環(huán)控制器的基本任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)同步的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而在變流器的輸出電流和無(wú)功指令之間建立一種線(xiàn)性的關(guān)系， ASVG的控制策略和控制器的改進(jìn)設(shè)計(jì)也是研究的一個(gè)焦點(diǎn)。 在研究 ASVG的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)建模的同時(shí)， ASVG的控制策略和控制器的設(shè)計(jì)也是研究的一個(gè)焦點(diǎn)。 在 ASVG的系統(tǒng)建模的研究上，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的情況下， ASVG的工作模型是建立在一個(gè)靜止的同步電壓源的基礎(chǔ)之上的既有一個(gè)電壓型變流器構(gòu)成的 ASVG經(jīng)一個(gè)串聯(lián)電抗與電網(wǎng)相連，根據(jù)輸入的無(wú)功功率和有功功率指令，疊加到電網(wǎng)上，從而吸收或發(fā)出無(wú)功功率。另一方面向中低壓配電網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，旨在提高用戶(hù)側(cè)的電能質(zhì)量。二是應(yīng)用范圍更廣。一是不斷采用新器件。由清華大學(xué) FACTS研究所與河南省電力公司合作研制的一臺(tái)20Mvar的 ASVG已于 1999年在河南洛陽(yáng)投入運(yùn)行 ；目前，一臺(tái) 50Mvar的 ASVG正在研制中，將在上海 500KV電網(wǎng)投運(yùn) [7]。 現(xiàn)在 ASVG在工程應(yīng)用方面已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步。這種情況， TSCTCR 可以快速切除補(bǔ)償器中的所有電容器，從而避免諧振的發(fā)生。 TSCTCR 的主要是為了提高打擾動(dòng)時(shí)補(bǔ)