【正文】 門的重視，電力部有關(guān)科研、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)單位對(duì)靜補(bǔ)裝置在電力系統(tǒng)中的作用進(jìn)行了不少試驗(yàn)研究工作。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。功率因數(shù)低，損耗大，系統(tǒng)不穩(wěn)定，效益低等問(wèn)題日益突出，所以把連續(xù)可調(diào)的無(wú)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。(BBC)，瑞典通用電氣公司，美國(guó)的通用電氣公司(GE)及西屋公司，日本的富士公司等均發(fā)展了不同類型的靜補(bǔ)技術(shù)。對(duì)可變感性又可分為直流勵(lì)磁飽和電抗器(DCMSR) 。高壓可控硅元件問(wèn)世以來(lái)，逐步取代了有SR。目前國(guó)際上幾個(gè)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。 常見(jiàn)無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨笫呛碗娏ο到y(tǒng)的發(fā)展同步的。而并聯(lián)電容、電感則是第一代的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，一般使用機(jī)械開(kāi)關(guān)投切，但是機(jī)械開(kāi)關(guān)投切的響應(yīng)速度以秒計(jì)，因此無(wú)法跟蹤負(fù)荷無(wú)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(kāi)關(guān)，誕生了第二代無(wú)功補(bǔ)償裝置。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。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種無(wú)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(wú)功補(bǔ)償器、靜止無(wú)功發(fā)生器[8~11]等階段。但是，它只能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，不能跟蹤負(fù)荷無(wú)功需求的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。 同步調(diào)相機(jī)傳統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置是同步調(diào)相機(jī)(Synchronous Condenser，簡(jiǎn)稱SC)。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。飽和電抗器與同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，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(wèn)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(wú)功補(bǔ)償裝置的主流。其典型代表是晶閘管控制電抗器＋固定電容器（Thyristor Controlled Reactor + Fixed Capacitor，簡(jiǎn)稱TCR+FC）。靜止無(wú)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(wú)功功率。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。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。SVG屬于第三代靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。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）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。（4）靜止運(yùn)行，安全穩(wěn)定，沒(méi)有調(diào)相機(jī)那樣的大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，無(wú)磨損，無(wú)機(jī)械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響。（6）連接電抗小。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。（8）諧波量小。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。（9）SVG不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件，在網(wǎng)絡(luò)中普遍使用也不會(huì)產(chǎn)生諧波，而使用SVC或固定電容器補(bǔ)償，如果系統(tǒng)安裝臺(tái)數(shù)較多，有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)諧振的產(chǎn)生。當(dāng)外部系統(tǒng)容量與補(bǔ)償裝置容量可比時(shí)，SVC將會(huì)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。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。因此，SVG的電壓無(wú)功特性優(yōu)于SVC，即當(dāng)系統(tǒng)電壓變低時(shí)，同容量的SVG可以比SVC提供更大的補(bǔ)償容量。（13）SVG的直流側(cè)如果采用較大的儲(chǔ)能電容，或者其他直流電源（如蓄電池組）后，它不僅可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無(wú)功功率，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率，這對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常有益的，也是SVC裝置所不能比擬的。SVG響應(yīng)時(shí)間≤10ms，傳統(tǒng)靜補(bǔ)裝置響應(yīng)時(shí)間:60~100msSVG可在10ms之內(nèi)完成從額定容性無(wú)功功率到額定感性無(wú)功功率(或相反)的轉(zhuǎn)換，這種無(wú)可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。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。正是SVG具有上述優(yōu)點(diǎn)，因而SVG作為一種新型的無(wú)功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，已經(jīng)成為現(xiàn)代無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，成為國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點(diǎn)研究方向之一。通過(guò)SIMULINK建立了SVG仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性，驗(yàn)證了SVG在無(wú)功補(bǔ)償、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓及消除自身諧波方面所起的重要作用。（2）介紹了SVG的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；總結(jié)了SVG無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)特點(diǎn)、電壓—電流、諧波等工作特性。并對(duì)比了兩種控制方法。通過(guò)SIMULINK建立了SVG的仿真模型，對(duì)仿真波形圖進(jìn)行分析，結(jié)果表明，SVG型無(wú)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?；陔妷涸葱湍孀兤鞯难a(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償功能質(zhì)的飛躍。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)。 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)哪康摹Ｒ虼丝偟膩?lái)看，在三相電路的電源和負(fù)載之間沒(méi)有無(wú)功能量的來(lái)回往返，各相的無(wú)功能量是在三相之間來(lái)回往返的。實(shí)際上，考慮到變流電路吸收的電流并不只含基波，其諧波的存在也多少會(huì)造成總體來(lái)看有少許無(wú)功能量在電源與SVG 之間往返；所以，為了維持橋式變流電路的正常工作，其直流側(cè)仍需要一定大小的電感或電容作為儲(chǔ)能元件，但所需儲(chǔ)能元件的容量遠(yuǎn)比SVG 所能提供的無(wú)功容量要小。直流側(cè)分別采用的是電容和電感兩種不同的儲(chǔ)能元件。SVG 正常工作時(shí)就是通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)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)。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。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(wú)功功率的性質(zhì)和大小。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。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)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(wú)功功率的性質(zhì)和大小。在這種情況下，只需使與相同，僅改變的幅值大小即可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后，并且能控制該電流的大小。圖 22 SVG等效電路圖 23 電流超前圖 24 電流滯后（2）計(jì)及電抗器和變流器損耗時(shí)的工作原理。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。其電流超前和滯后工作的向量圖如圖227所示。在這種情況下，變流器電壓與電流仍相差，因?yàn)樽兞髌鳠o(wú)需有功能量，而電網(wǎng)電壓與電流的相位差則不再是，而是比小了角，因此電網(wǎng)就需要提供有功功率來(lái)補(bǔ)充電路的損耗，也就是說(shuō)相對(duì)于電網(wǎng)電壓來(lái)說(shuō)，電流中有一定量的有功分量。改變這個(gè)相位差，并且同時(shí)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(wú)功功率的大小和性質(zhì)也就因此得到調(diào)節(jié)。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。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(shí)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。如果單純用于補(bǔ)償無(wú)功功率，可用移相多重連結(jié)的方法來(lái)降低其補(bǔ)償電流中的諧波。在穩(wěn)態(tài)情況下，SVG的直流側(cè)和交流側(cè)之間沒(méi)有有功功率交換，無(wú)功功率在三相之間流動(dòng)，因此直流側(cè)只需要較小容量的電容即可。 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。因此，SVG的運(yùn)行范圍比SVC 大，SVC 的運(yùn)行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域，而SVG 的運(yùn)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(diǎn)。相比而言，在多種型式的 SVC 裝置中，SVC 本身產(chǎn)生一定量的諧波，如 TCR 型的 7 次特征次諧波量比較大，占基波值的 5%～ 8%；其它型式如SR，TCT 等也產(chǎn)生 11 等次的高次諧波，這給 SVC 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)帶來(lái)許多困難。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。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。特別是若將電流型PWM技術(shù)應(yīng)用于SVG中，則可以實(shí)現(xiàn)SVG電流的瞬時(shí)控制，其動(dòng)態(tài)性能將更加優(yōu)越，這對(duì)SVG的工作原理用受控的無(wú)功電流源來(lái)描述可能比用交流電壓源來(lái)描述更為確切；吸收無(wú)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(xiàng)調(diào)節(jié)，損耗與噪聲小。SVG要使用數(shù)量較多的較大容量全控型元件，其價(jià)格目前仍比SVC使用的普通晶閘管高得多。 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了SVG型靜止無(wú)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。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。靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型無(wú)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(wú)功功率，從而在給定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的電壓控制。根據(jù)負(fù)荷無(wú)功功率的變化情況，來(lái)實(shí)施改變電抗器的無(wú)功功率（感性無(wú)功功率），當(dāng)負(fù)荷無(wú)功功率增大時(shí)，SVG型靜止無(wú)功補(bǔ)償器產(chǎn)生的無(wú)功功率減少；當(dāng)負(fù)荷無(wú)功功率減少時(shí)，SVG產(chǎn)生的無(wú)功增加。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。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: