【正文】 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。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。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)。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。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)帶來許多困難。 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的作用，因此所需的電感值并不大。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。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。此外，對(duì)于那些以輸電補(bǔ)償為目的的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)來說是非常有益的，相比而言，SVC裝置則沒有這個(gè)特性。若對(duì)SVG補(bǔ)償?shù)臒o功電流或無功功率進(jìn)行反饋控制，則響應(yīng)速度快。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(xiàng)調(diào)節(jié)，損耗與噪聲小。但是，SVG的控制方法和控制系統(tǒng)顯然要比SVC復(fù)雜。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。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得以發(fā)揮。 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。由此可知，SVG具有總體成本低的潛在優(yōu)勢(shì)。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。而電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于電力系統(tǒng)的無功功率平衡，有充足的無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。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(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的電壓控制。 SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究SVG型靜止無功補(bǔ)償器將自換相橋式電路通過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)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹８鶕?jù)負(fù)荷無功功率的變化情況，來實(shí)施改變電抗器的無功功率（感性無功功率），當(dāng)負(fù)荷無功功率增大時(shí)，SVG型靜止無功補(bǔ)償器產(chǎn)生的無功功率減少；當(dāng)負(fù)荷無功功率減少時(shí)，SVG產(chǎn)生的無功增加。即不管負(fù)載的無功功率如何變化，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)到無功補(bǔ)償?shù)哪康?，以抑制?fù)載波動(dòng)所造成的系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。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。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)供給的無功功率的增加，供電電壓下降。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: (31)或者寫為： (32)式中一一無功功率為零時(shí)的系統(tǒng)電壓。一一系統(tǒng)短路容量。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。投入補(bǔ)償器之后，系統(tǒng)供給的無功功率為負(fù)荷和補(bǔ)償器無功功率之和，即 （33）如果補(bǔ)償器的無功功率總能彌補(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。這就是對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕驹怼D32示出了進(jìn)行動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償,并使系統(tǒng)工作點(diǎn)保持在=常數(shù)的示意圖。當(dāng)使系統(tǒng)的工作點(diǎn)保持在=0處，即圖中的C點(diǎn)時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)的完全補(bǔ)償。系統(tǒng)無功負(fù)荷正常時(shí)的特性補(bǔ)償器系統(tǒng)無功負(fù)荷正常時(shí)，無需補(bǔ)償器提供無功功率。綜上，可以看出SVG型靜止無功補(bǔ)償器具有穩(wěn)定電壓，減少電壓波動(dòng)的功能。圖 32 系統(tǒng)電壓與無功功率變化曲線 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)。一個(gè)典型的SVG控制系統(tǒng)的工作過程是：檢測(cè)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(cè)運(yùn)算電路，檢測(cè)運(yùn)算電路按給定的算法計(jì)算出所需要的有用信號(hào)傳送到控制器中，這些信號(hào)稱為指令信號(hào)。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。控制環(huán)節(jié)根據(jù)給定的控制策略對(duì)從檢測(cè)環(huán)節(jié)輸送過來的指令信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生觸發(fā)變流器門極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送到驅(qū)動(dòng)電路，因此控制環(huán)節(jié)至少包含信號(hào)放大、運(yùn)算電路和控制策略。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極，控制變流器的導(dǎo)通與截止，完成對(duì)SVG的控制。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(cè)算法以便精確、快速檢測(cè)到所需要的指令信號(hào)以及采用合適的控制策略以便精確、快速產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。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。能夠用于SVG的指令信號(hào)檢測(cè)的算法和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制策略很多，根據(jù)SVG的控制目標(biāo)的不同，可以做出相應(yīng)的選擇。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。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(dòng)裝置指定，但更實(shí)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)。因此，SVG控制策略應(yīng)根據(jù)不長期要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合，以決定采用開環(huán)控制、閉環(huán)控制或兩者相結(jié)合的控制策略。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。同時(shí)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。如控制策略的選擇應(yīng)根據(jù)補(bǔ)償器要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合，以決定采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制。從SVG的工作原理分析可知，SVG的輸出電流主要是無功電流控制SVG輸出的無功電流（無功電流有效值或瞬時(shí)無功電流）或者無功功率（無功功率或瞬時(shí)無功功率），也就改變了SVG吸收無功功率的大小和性質(zhì)。同時(shí)，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。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輸出的無功電流的控制提供了條件。SVG對(duì)電力系統(tǒng)的控制目標(biāo)可以分為三大類：一是控制電力系統(tǒng)的電壓，使系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在期望值內(nèi)；另一種是控制系統(tǒng)的無功電流或者無功功率，使電力系統(tǒng)傳輸?shù)臒o功電流或者無功功率控制在期望的范圍內(nèi)；還有一種是綜合控制，使電力系統(tǒng)的電壓和無功電流或者無功功率、靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼振蕩等被控制在期望的范圍內(nèi)。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。此外，為了保證SVG直流側(cè)的儲(chǔ)能元件保持足夠的電壓和電流，還需要對(duì)SVG直流側(cè)的電壓或電流進(jìn)行控制。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。在綜合控制時(shí)，有時(shí)需要檢測(cè)系統(tǒng)的頻率。SVG的控制策略很多，概括起來，根據(jù)是否直接控制SVG的輸出電流來分，可以分為電流間接控制和電流直接控制兩種方法。 電流間接控制簡(jiǎn)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(duì)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。分析圖27，以吸收之后電流為例。由圖中電網(wǎng)電壓、變流器交流測(cè)電壓和連接電抗壓降構(gòu)成的三角形關(guān)系，可得如下等式： （21）式中，為與的相位差，以超前時(shí)為正；為連接電抗器的阻抗角；、與分別為、與的模。由此得： （22）據(jù)此，可推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時(shí)SVG從電網(wǎng)吸收的無功電流和有功電流有效值分別為： （23） （24）可以證明，如果無功電流的符號(hào)以吸收滯后無功功率為正，吸收超前無功功率為負(fù)，則當(dāng)滯后于，SVG從電網(wǎng)吸收超前無功電流時(shí)，其穩(wěn)態(tài)仍然滿足式（23）和式（24），只不過此時(shí)其中的和均為負(fù)。穩(wěn)態(tài)下將和與角的關(guān)系繪成曲線如圖8所示?？梢娫诮墙^對(duì)值不致太大的范圍內(nèi)，與接近為線性的正比關(guān)系。因此，可以通過控制相對(duì)的超前角來控制SVG吸收的無功電流。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，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。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(hào)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(shí)，其穩(wěn)態(tài)仍滿足以上五式，只是此時(shí)、和均