基于matlab的SVG型靜止無功補償器提高系統(tǒng)電壓的理論研究教育

1、摘要隨著電力電子設(shè)備、交直流電弧爐和電氣化鐵道等非線性、沖擊性負荷的大量接入電網(wǎng)，引起了電網(wǎng)無功功率不足、電壓波動與閃變、三相供電不平衡以及電壓電流波形畸變等其它一系列電能質(zhì)量問題，并嚴重威脅著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。靜止無功發(fā)生器(Static var Generation，簡稱SVG)適于實時補償沖擊性負荷的無功沖擊電流和諧波電流。IGBT、GTO 等電力電子元件的開發(fā)，使大功率高電壓的變流器的應(yīng)用可靠性有了顯著提高, 而且由于采用了微處理機和大規(guī)模集成電路組件，使復(fù)雜的控制電路也提高了經(jīng)濟性和可靠性，由于SVG具有補償無功功率、提高功率因數(shù)、抑制電壓波動和閃變、抑制三相不平衡、提高電路輸

2、電穩(wěn)定性等優(yōu)點，從而使矢量控制的新型SVG得到了廣泛的開發(fā)應(yīng)用。首先，本文介紹了無功功率的基本概念，介紹了無功功率對電力系統(tǒng)的影響以及無功補償?shù)淖饔?。并詳盡的闡述了國內(nèi)外無功補償裝置的歷史以及現(xiàn)狀。其次，本文詳細分析了SVG的基本結(jié)構(gòu)，控制方法和工作原理，以及SVG的優(yōu)特點。并且闡述了靜止無功發(fā)生器的工作特性。再次，本文著重進行了對SVG型靜止無功補償器提高系統(tǒng)電壓的理論研究。通過公式的推導(dǎo)運算，闡述了SVG如何穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。最后，本文利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件對SVG工作方式及利用SVG動態(tài)提高系統(tǒng)電壓的原理進行仿真研究。并對仿真結(jié)果進行了全面分析。關(guān)鍵詞：無功補償； SVG

3、；穩(wěn)定電壓AbstractMATLAB/SIMULINK 朗讀“Key words: Reactive compensation； SVG； Stable voltage目錄摘要IAbstractII1 前言51.1 課題研究的目的和意義5無功功率的基本概念51.1.2無功補償?shù)淖饔?國內(nèi)外研究狀況71.2.1 國內(nèi)情況71.2.2 國外情況81.2.3 常見無功補償裝置81.2.4 靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點101.3 論文的主要研究內(nèi)容112 SVG的基本結(jié)構(gòu)及工作原理122.1 引言122.2 SVG的基本原理122.3 SVG的工作特性172.3.1 SVG的電壓-電流特性172.3.2 S

4、VG的諧波特性172.3.3 SVG的其他特性172.4 本章小結(jié)183 SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究193.1 引言19SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究193.3 SVG的控制方法203.3.1 電流間接控制223.3.2 電流直接控制243.4本章小結(jié)244 SVG工作原理的仿真研究254.1 引言254.2 SVG仿真模型的建立254.3 SVG的波形分析264.4 本章小結(jié)275 結(jié)論28參考文獻29致謝301 前言1.1 課題研究的目的和意義。改革開放30年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，對能源特別是電能的需求不斷增加，電力系統(tǒng)裝機容量逐年增加，據(jù)預(yù)測到2020年，我國發(fā)電裝機容量將達910億kW

5、，今后每年投運的機組容量至少2千萬kW；另一方面要節(jié)約電能，提高電能的利用效率1。在工業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線路等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各種相控裝置。如相控整流器、相控交流功率調(diào)整電路和周波變換器，在工作時基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，需要消耗大量的無功功率。另外，這些裝置也會產(chǎn)生大量的諧波電流，而諧波源都是要消耗無功功率

6、的。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無功功率。但是它也產(chǎn)生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無功功率2,3。1.1.1 無功功率的基本概念無功功率在電氣技術(shù)領(lǐng)域是個必不可少的重要物理量。變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，這正是無功功率交換的規(guī)律。因此，有磁場空間和電場空間才能存在無功功率產(chǎn)生的空間。在正弦電路中，無功功率的概念有清楚的物理意義，無功功率表示有能量交換，但不消耗功率，其幅值可作為能量交換的量度。傳統(tǒng)上無功功率一般采用平均無功功率概念，它是電路中儲能元件與電源間交換功率的最大值，也是儲能元件與電源間交換能量的一種量度。在非正弦電

7、路中，無功功率的概念卻很抽象，并且至今未獲得公認的無功功率定義。于是，在非正弦波情況下，有關(guān)平均無功功率的有兩種學(xué)派：一種學(xué)派是依據(jù)Budeanu的定義。采用頻域分析法；另一種學(xué)派是Fryze的定義，采用時域分析法。近年來，國內(nèi)外學(xué)者又提出了廣義平均無功功率、瞬時無功功率以及廣義瞬時無功功率的概念。近年來，隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，同時對電網(wǎng)無功功率的要求也日益嚴格。無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運行所不可缺少的部分。電網(wǎng)無功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動，嚴重時會導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事

8、故。因此，無功功率對電力系統(tǒng)是十分重要的，研究無功功率具有重要的現(xiàn)實意義，歸納如下：（1）研究無功功率，可以解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)中與無功功率相關(guān)的一系列技術(shù)問題。與無功功率問題相關(guān)的技術(shù)問題很多，主要有：無功功率靜態(tài)穩(wěn)定問題；電容性無功功率引起的發(fā)電機自勵磁問題；沖擊性無功負荷的調(diào)節(jié)問題；無功功率的高次諧波公害和閃變問題；跟隨饋電系統(tǒng)引起的負荷功率因數(shù)的變化與改善問題。（2）研究無功功率可以促進節(jié)能。無功功率在電網(wǎng)中不斷循環(huán)，造成很大的浪費。一個10GW的電力系統(tǒng)，如果無功功率問題處理得好，每年沖這個電網(wǎng)的發(fā)電廠、變電所、用戶中節(jié)約的電能超過10億kWh，并且可以減少系統(tǒng)中200300MW容量的輸

9、變電設(shè)備。（3）研究無功功率，掌握它的經(jīng)濟規(guī)律。通過統(tǒng)計、理論分析和各項技術(shù)措施來達到經(jīng)濟運行的目的。（4）研究無功功率，可以保證電能質(zhì)量，促使電力系統(tǒng)安全運行。 無功功率的影響無功功率對公用電網(wǎng)和負荷的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面4：（1）增加設(shè)備容量。無功功率的增加，會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機、變壓器等各種電氣設(shè)備的容量和導(dǎo)線的容量增加。同時，電力用戶的起動及控制設(shè)備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大。（2）設(shè)備及線路損耗增加。無功功率的增加，使得總電流增大，因而使得設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。（3）使線路和變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功負載，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波

10、動，使供電質(zhì)量嚴重降低。在一般的電網(wǎng)中，有這樣的結(jié)論：有功功率的波動對電網(wǎng)電壓一般影響較小，電網(wǎng)電壓的波動主要是由無功功率的波動引起的。電動機起動時功率因數(shù)很低，這種沖擊性無功功率會使電網(wǎng)電壓劇烈波動，甚至?xí)菇釉谕浑娋W(wǎng)上的用戶無法正常工作。電弧爐、軋鋼機等大型設(shè)備會產(chǎn)生頻繁的無功沖擊，也會嚴重影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量。（4）對電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。為了保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機就不允許達到額定出力。此外，原動機的效率是按照有功功率衡量的，當發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，無功功率的增加，會導(dǎo)致原動

11、機效率的相對降低?？梢姡瑹o功功率對供電系統(tǒng)和負載的運行都是十分重要的。無功補償技術(shù)，對于提高電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和挖掘電網(wǎng)的潛力是十分必要的。由于無功功率完全由發(fā)電機提供并經(jīng)過長距離傳送在經(jīng)濟上是不合理的，在技術(shù)上也是不可行的。因此，合理的方法應(yīng)當是，在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率5,6，即進行無功補償。無功補償?shù)闹饕饔冒ㄒ韵聨讉€方面7：（1）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電線路中選擇合適的地點設(shè)置動態(tài)無功補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加變壓器帶載容量，提高輸電能力。（2）提高供用電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗，節(jié)約能源。（3）在三相負載不

12、平衡的情況下，通過適當?shù)臒o功補償可以平衡三相有功功率及無功負荷。（4）通過控制功率變化，阻尼系統(tǒng)振蕩。無功補償在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，將大大提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，供電可靠性和運行效率，同時大大提高供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。因此，無功功率補償就成為保持電網(wǎng)高質(zhì)量運行的主要手段之一，也是當今電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一個重大課題。1.2 國內(nèi)外研究狀況由于電力系統(tǒng)中無功功率的有害性，人們很早就對各種補償技術(shù)有所認識。在電力系統(tǒng)中，控制無功功率的方法很多，包括采用同步發(fā)電機、同步電動機、同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器和靜止無功補償裝置等。由于其技術(shù)的成熟性及經(jīng)濟上的原因，這些裝置仍在廣泛的使用?？紤]到無功功率是由于系

13、統(tǒng)中各種電容和電感所產(chǎn)生，人們最初使用了無源形式的補償方法。該方法是將一定容量的電容器或電抗器以并聯(lián)或串聯(lián)連接的方式安裝在系統(tǒng)的母線中。例如，并聯(lián)電容器在高峰負荷下可接入系統(tǒng)以防止電壓降低在輕載時 ,電容器和電抗器的存在，對故障后系統(tǒng)的動態(tài)性能也有影響。通常，在干擾期間，它們都不會投入或切除。這些補償措施對系統(tǒng)發(fā)生影響是由于它們改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電器長度和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗。一般來說，如果要它們糾正短時(0.5S)電壓升高和電壓下降，則必須把它們迅速地投入和切除，在某些場合下，這種操作要反復(fù)進行，使用傳統(tǒng)的機械開關(guān)裝置，實際上是做不到這一點的。同步調(diào)相機又稱同步補償器，是作

14、為并聯(lián)補償設(shè)計的一種同步機，它屬于有源補償器。同步調(diào)相機同電容器相比，該裝置的優(yōu)點是：在系統(tǒng)電壓下降時，靠維持或提高本身的出力，可以給系統(tǒng)提供緊急的電壓支持。從功能上講，同步調(diào)相機只不過是一個被拖動到某一轉(zhuǎn)速并與電力系統(tǒng)同步運行的同步機。當電機同步運行后，根據(jù)需要，人們控制其磁場，使之產(chǎn)生無功功率，或從系統(tǒng)吸收無功功率。同步調(diào)相機具有調(diào)相的優(yōu)點，但動態(tài)響應(yīng)速度慢，發(fā)出單位無功功率的有功損耗大，運行維護復(fù)雜，不適應(yīng)各類非線性負載的快速變化。由晶閘管控制電抗器 ( ThyristorCon rolledReactor -TCR) , 晶閘管投切電容器Thyristor Switched Capac

15、itor -TSC)和以及二者的混合裝置(TCR + TSC)等主要形式組成的靜止補償器(Static Var Compensator -SVC)實際上可看作一個可調(diào)節(jié)的并聯(lián)電納，其性能比固定并聯(lián)電容器要好得多。而所謂靜止是指沒有運動部件，這和同步調(diào)相機不一樣。靜止補償器最重要的性質(zhì)是它能維持其端電壓實際上不發(fā)生變化，所以它要連續(xù)調(diào)節(jié)與電力系統(tǒng)變換功率，其第二個重要性質(zhì)是響應(yīng)速度。傳統(tǒng)靜止補償器對電力系統(tǒng)狀況的調(diào)整和暫態(tài)性能的改善起到了重要的作用，且其控制技術(shù)也比較成型，在實際電力系統(tǒng)中也得到了不少的有效應(yīng)用。但是它們都是利用可控硅晶閘管進行換相控制，在無功變動時容易發(fā)生逆變現(xiàn)象，并且都需要大

16、電感或大電容來產(chǎn)生感性和容性無功，因而人們期待有新的補償方式改善上述缺陷。 國內(nèi)情況靜止無功補償裝置 (Static Compensator) 或稱SVC- 靜止無功系統(tǒng)是相對于調(diào)相機而言的一種利用電容器和各種類型的電抗器進行無功補償(可提供可變動的容性或感性無功)的裝置，簡稱靜補裝置(靜補)或靜止補償器。70 年代初武漢鋼鐵公司 1.7cm 軋機工程進口了比利時的直流勵磁飽和電抗器和日本的電容器組成的靜補裝置后，國內(nèi)才對可變無功的補償問題引起了注意。在國內(nèi)，補償無功用的最多的辦法是并聯(lián)電容器。在低壓(10kv 以下)供電網(wǎng)絡(luò)中大量地和在中壓(60kv、35kv)配電網(wǎng)絡(luò)中少量地裝設(shè)并聯(lián)電容器

17、組，以滿足調(diào)壓要求，70 年代初有人提出用大負荷調(diào)壓變壓器改變并聯(lián)電容器組端電壓，以調(diào)節(jié)無功出力的設(shè)想，終因調(diào)壓變壓器的操作開關(guān)壽命不能保證而未能實現(xiàn)?？勺儫o功的補償問題越來越受到有關(guān)部門的重視，電力部有關(guān)科研、設(shè)計、試驗單位對靜補裝置在電力系統(tǒng)中的作用進行了不少試驗研究工作。從國外引進的靜態(tài)補償為樞紐變電站或大型企業(yè)所用的大容量靜態(tài)補償，對于中小型中低壓電網(wǎng)或中小型企業(yè)所需的無功，多采用并聯(lián)電容器組的辦法。這同時也產(chǎn)生了許多新的問題，首先，其不能迅速連續(xù)地進行無功功率的調(diào)節(jié)，其次，許多電容器在夜間產(chǎn)生了過量的無功，使發(fā)電機換相運行，并影響系統(tǒng)經(jīng)濟穩(wěn)定運行，因此，中小企業(yè)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)也越來越

18、引起重視。對于偏離規(guī)定功率因數(shù)較大的企業(yè)，電力部門會對其征收懲罰性的累加電費，在城市夜間、節(jié)假日期間會有大量剩余無功功率，引起電網(wǎng)電壓升高，危害用戶。功率因數(shù)低，損耗大，系統(tǒng)不穩(wěn)定，效益低等問題日益突出，所以把連續(xù)可調(diào)的無功補償裝置應(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。 國外情況1967 年，第一批靜補裝置在英國制成以后，受到世界各國的廣泛重視，西德、美國、瑞士、瑞典、比利時、蘇聯(lián)等國竟先研制，大力推廣，使得靜止補償裝置比調(diào)相機具有更大的競爭力，廣泛用于電力、冶金、化工、鐵道、科研等部門，成為補償無功、電壓調(diào)整、提高功率因數(shù)、限制系統(tǒng)過電壓，改善運行條件經(jīng)濟而有效的設(shè)備。國際上幾個

19、大的電氣公司如瑞士的勃朗.鮑威利公司(BBC)，瑞典通用電氣公司，美國的通用電氣公司(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技術(shù)。根據(jù)提供無功的性質(zhì)和方式而言，靜補裝置又分為六種組合方式，固定電容、固定感性、可變?nèi)菪?、可變感性、固定容?可變感性、可變?nèi)菪?+ 可變感性，通常所指的靜補裝置是指后兩種方式。對可變感性又可分為直流勵磁飽和電抗器(DCMSR) 。相控閥調(diào)節(jié)電抗器(TCR) (或相控閥高阻抗變壓器) 及自飽和電抗器。高壓可控硅元件問世以來，逐步取代了有SR。觸點開關(guān)為實現(xiàn)感性或容性無功的連續(xù)可控調(diào)節(jié)提供了簡便、可靠、靈活的技術(shù)。目前國際上幾個主要的產(chǎn)品形式有 FC2

20、TCR (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。在國外，系統(tǒng)的無功補償主要用靜補裝置和電容器，并積累了廣泛的運行經(jīng)驗，取得了良好的效果。 常見無功補償裝置無功補償?shù)男枨笫呛碗娏ο到y(tǒng)的發(fā)展同步的。早期大量使用同步調(diào)相機作為無功補償裝置，但是調(diào)相機作為旋轉(zhuǎn)機械存在很大問題，如響應(yīng)速度慢、維護工作量大等。而并聯(lián)電容、電感則是第一代的靜止無功補償裝置，一般使用機械開關(guān)投切，但是機械開關(guān)投切的響應(yīng)速度以秒計，因此無法跟蹤負荷無功電流的變化；隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管取代了機械開關(guān)，誕生了第二代無功補償裝置。主要以晶閘管投切電容器(TSC)和晶閘

21、管控制電抗器(TCR)為代表。這類裝置大大提高了無功調(diào)解的響應(yīng)速度，但仍屬于阻抗型裝置，其補償功能受系統(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重問題。從電力系統(tǒng)的誕生開始，無功補償裝置就開始在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，同步發(fā)電機可以看作是最早的無功補償裝置。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種無功補償裝置不斷出現(xiàn)，經(jīng)歷了并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器811等階段。.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、安裝維護方便、損耗小等優(yōu)點。但是，它只能補償固定的無功功率，不能跟蹤負荷無功需求的變化，實現(xiàn)對無功功率的動態(tài)補償。在系統(tǒng)中含有諧波時，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大，

22、電容器因此而燒毀的事故也時有發(fā)生。.2同步調(diào)相機傳統(tǒng)的無功功率補償裝置是同步調(diào)相機(Synchronous Condenser，簡稱SC)。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機，在過勵磁或欠勵磁的情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。由于它是旋轉(zhuǎn)電機，因此損耗和噪聲都較大，運行維護復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功控制的要求。.3靜止無功補償器早期的靜止無功補償器(Static Var Compensator，簡稱SVC)是飽和電抗器(Saturated Reactor，簡稱SR)型的。飽和電抗器與同步調(diào)相機相比，具有靜止型的優(yōu)點，響應(yīng)速度快；但是由于其鐵心需磁化到

23、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題，又不能分相調(diào)節(jié)以補償負荷的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。靜止無功補償器近年來獲得了很大發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于輸電系統(tǒng)波阻抗補償及長距離輸電的分段補償，也大量用于負載無功補償。其典型代表是晶閘管控制電抗器固定電容器（Thyristor Controlled Reactor + Fixed Capacitor，簡稱TCR+FC）。晶閘管投切電容器（Thyristor Switching Capacitor，簡稱TSC）也獲得了廣泛的應(yīng)用。靜止無功補償器的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率。這種連續(xù)調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)TC

24、R中晶閘管的觸發(fā)角得以實現(xiàn)的。由于具有連續(xù)調(diào)節(jié)的性能且響應(yīng)迅速，因此SVC可以對無功功率進行動態(tài)補償，使補償點的電壓接近維持不變。.4 靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，簡稱SVG）也是一種電力電子裝置。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和SVC不同，SVC需要大容量的電抗器、電容器等儲能元件，而SVG在其直流側(cè)只需要較小容量的電容器維持其電壓即可。SVG屬于第三代靜止無功補償技術(shù)?；陔妷涸葱湍孀兤鞯难a償裝置實現(xiàn)了無功補償功能質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無

25、功能量的變換。 靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點綜合起來，靜止無功發(fā)生器與靜態(tài)無功功率補償器、同步調(diào)相機以及SVC裝置相比，具有如下優(yōu)點：（1）在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)震蕩等方面的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機。（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，可以節(jié)省大量的維護費用；同時，可通過調(diào)度中心EMS實現(xiàn)無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。（3）控制靈活、調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍廣，在感性和容性運行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度可達毫秒級。（4）靜止運行，安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機那樣的大型轉(zhuǎn)動設(shè)備，無磨損，無機械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響。（

26、5）對電容器的容量要求不高，這樣可以省去常規(guī)裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機構(gòu)，使SVG裝置的體積小、損耗低。（6）連接電抗小。SVG接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中存在的較高次諧波，另外起到將電流器和電網(wǎng)這兩個交流電壓源連接起來的作用，因此所需的電感量并不大，也遠小于補償容量相同的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，所需的連接電抗器將進一步減小。（7）對系統(tǒng)電壓進行瞬時補償，即使系統(tǒng)電壓降低，它仍然可以維持最大無功電流，即SVG產(chǎn)生無功電流基本不受系統(tǒng)電壓的影響。（8）諧波量小。在多種形式的SVC裝置中，SVC本身產(chǎn)生一

27、定量的諧波。如TCR型的5、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3、5、7、11等次諧波。這給SVC系統(tǒng)的濾波設(shè)計帶來許多困難，而在SVG中則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)來進行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)如7、11等次數(shù)諧波減小到可以接受的程度。（9）SVG不需要大容量的電容、電感等儲能元件，在網(wǎng)絡(luò)中普遍使用也不會產(chǎn)生諧波，而使用SVC或固定電容器補償，如果系統(tǒng)安裝臺數(shù)較多，有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)諧振的產(chǎn)生。（10）SVG的端電壓對外部系統(tǒng)的運行條件和結(jié)構(gòu)變化是不敏感的。當外部系統(tǒng)容量與補償裝置容量可比時，SVC將會變

28、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。（11）運行范圍大。對傳統(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。SVG通過直接調(diào)節(jié)無功電流實現(xiàn)無功功率補償，其輸出電流不依賴于電壓，表現(xiàn)為恒流源特性；SVC通過調(diào)節(jié)等值阻抗實現(xiàn)無功功率補償，其輸出電流和電壓成線性關(guān)系。因此，SVG的電壓-無功特性優(yōu)于SVC，即當系統(tǒng)電壓變低時，同容量的SVG可以比SVC提供更大的補償容量。（12） SVG比同容量的SVC裝置占地面積小、成本低（由于SVC裝置為補償0100%容量變化的無功功率，幾乎需要100%容量的電抗器與超過100%容量的

29、晶閘管控制電抗器，銅和鐵的消耗很大，而SVG使用的電抗器和電容器遠比SVC中使用的要?。谙到y(tǒng)欠壓條件下無功功率調(diào)節(jié)能力強。（13）SVG的直流側(cè)如果采用較大的儲能電容，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)的無功功率，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率，這對于電網(wǎng)來說是非常有益的，也是SVC裝置所不能比擬的。（14）響應(yīng)更為迅速。SVG響應(yīng)時間10ms，傳統(tǒng)靜補裝置響應(yīng)時間:60100msSVG可在10ms之內(nèi)完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率(或相反)的轉(zhuǎn)換，這種無可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。（15）電壓閃變抑制能力倍增。SVC對電壓閃變的抑制最大可以達到2

30、:1，SVG對電壓閃變的抑制很容易達到4:1甚至5:1。SVC受到響應(yīng)速度的限制，即使增大裝置的容量，其抑制電壓閃變的能力不會增加；而SVG不受響應(yīng)速度的限制，增大裝置空量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。正是SVG具有上述優(yōu)點，因而SVG作為一種新型的無功功率補償調(diào)節(jié)裝置，已經(jīng)成為現(xiàn)代無功功率補償裝置的發(fā)展方向，成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點研究方向之一。1.3 論文的主要研究內(nèi)容本文研究SVG的電路結(jié)構(gòu)、控制方法以及工作原理，重點介紹了SVG對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的理論研究。通過SIMULINK建立了SVG仿真模型，仿真結(jié)果驗證了該算法的有效性，驗證了SVG在無功補償、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓及消除自身諧波方面

31、所起的重要作用。論文主要研究內(nèi)容如下：（1）論述了無功補償?shù)幕靖拍?，研究背景及目的意義；簡要介紹了幾種無功補償裝置；介紹了無功補償在國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀；最后，提出了本文的研究內(nèi)容及論文總體框架。（2）介紹了SVG的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；總結(jié)了SVG無功補償?shù)膬?yōu)特點、電壓電流、諧波等工作特性。（3）重點介紹了SVG穩(wěn)定電力系統(tǒng)電壓的理論研究；通過公式推導(dǎo)，闡述了SVG是如何穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的。并對比了兩種控制方法。（4）在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下對SVG無功補償進行了仿真研究。通過SIMULINK建立了SVG的仿真模型，對仿真波形圖進行分析，結(jié)果表明，SVG型無功補償在提高功率因數(shù)、穩(wěn)

32、定系統(tǒng)電壓等方面均能滿足要求。2 SVG的基本結(jié)構(gòu)及工作原理引言SVG屬于第三代靜止無功補償技術(shù)?；陔妷涸葱湍孀兤鞯难a償裝置實現(xiàn)了無功補償功能質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換。工作特性是SVG裝置參數(shù)和制定相應(yīng)控制策略進行補償?shù)幕A(chǔ)和重要依據(jù)。本章在分析SVG 工作原理的基礎(chǔ)上，對SVG的電壓-電流特性和諧波特性等工作特性進行了分析。2.2SVG的基本原理SVG 的基本原理就是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?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

33、的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。在平衡的三相電路? 不論負荷的功率因數(shù)如何，三相瞬時功率的和是一定的，在任何時刻都是等于三相總的有功功率。因此總的來看，在三相電路的電源和負載之間沒有無功能量的來回往返，各相的無功能量是在三相之間來回往返的。所以，如果能用某種方法將三相各部分無功能量統(tǒng)一起來處理，使三相電路電源和負載間沒有無功能量的傳遞，在總的負載側(cè)就無需設(shè)置無功儲能元件，三相橋式變流電路實際上就具有這種將三相總的統(tǒng)一處理的特點。實際上，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造成總體來看有少許無功能量在電源與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

34、側(cè)仍需要一定大小的電感或電容作為儲能元件，但所需儲能元件的容量遠比SVG 所能提供的無功容量要小。而對SVC 裝置，其所需儲能元件的容量至少要等于其所提供的無功功率的容量，因此，SVG 中儲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型，其電路基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。直流側(cè)分別采用的是電容和電感兩種不同的儲能元件。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)生的過電壓的電容器；實際上，由于運行效率的原因，迄今投入實用的SVG大都采用電壓型橋式電路，因此SVG 往往專指采用自換相的電壓型橋式電路

35、作為動態(tài)無功補償?shù)难b置。SVG 正常工作時就是通過電力半導(dǎo)體開關(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，就像一個電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，當僅考慮基波頻率時，SVG 可以等效地視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。所以，SVG 的工作原理就可以用圖2-2所示的單相等效電路圖來說明。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控制的。這個電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流。因此，改變SVG 交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相當于的相位

36、，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 吸收無功功率的性質(zhì)和大小。圖 2-1電壓型SVG電路（1）在圖2-2的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，沒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。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控制的。這個電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，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吸收無功功率的性質(zhì)和大小。若忽略電抗器的

37、有功損耗，因此不必從電網(wǎng)有功能量。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。如圖2-3、2-4所示，當大于時，電流超前電壓，SVG吸收容性的無功功率，當小于時，電流滯后電壓，SVG吸收感性的無功功率，從而達到動態(tài)控制無功功率并進行補償?shù)哪康?。圖2-2 SVG等效電路圖 2-3 電流超前圖 2-4電流滯后（2）計及電抗器和變流器損耗時的工作原理。由于SVG正常工作是就是通過電力電子元件開關(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，如同一個電壓型變流器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，當

38、只考慮基波頻率時，SVG可以等效的被視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上?？紤]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的實際單相等效電路如圖2-5所示。其電流超前和滯后工作的向量圖如圖2-6、2-7所示。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。在這種情況下，變流器電壓與電流仍相差，因為變流器無需有功能量，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補充電路的損耗，也就是說相對于電網(wǎng)電壓來說，電流中有一定量的

39、有功分量。由向量圖可知，這個角也就是變流器電壓與電網(wǎng)電壓的相位差。改變這個相位差，并且同時改變的幅值，才能改變電流的相位和大小，從而SVG從電網(wǎng)吸收的無功功率的大小和性質(zhì)也就因此得到調(diào)節(jié)。此時，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。實際上，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補充。因此，實際上變流器交流測電壓與電流的相位差并不是嚴格的，而是比略小。圖 2-5考慮損耗的SVG等效電路圖 2-6考慮損耗的SVG電流超前向量圖圖 2-7考慮損耗時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。其充電的能量和電路的損耗，

40、可由直流側(cè)設(shè)置的電源供給，也可由交流電源供給。如果單純用于補償無功功率，可用移相多重連結(jié)的方法來降低其補償電流中的諧波。若控制方法得當，SVG在補償無功功率的同時還可以對諧波電流進行補償。在穩(wěn)態(tài)情況下，SVG的直流側(cè)和交流側(cè)之間沒有有功功率交換，無功功率在三相之間流動，因此直流側(cè)只需要較小容量的電容即可。此外，SVG裝置用銅和鐵較少，具有優(yōu)良的補償特性，雖然由于控制復(fù)雜且全控器件價格昂貴還沒有普及，但其優(yōu)越性能必將使其成為未來諧波抑制和無功功率補償設(shè)置的重要發(fā)展方向，是新一代無功功率補償裝置的代表。2.3 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2

41、-9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，但是可以看出，與SVC 的電壓-電流特性不同的是，當電網(wǎng)電壓下降，補償器的電壓-電流特性向下調(diào)整時，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的運行范圍比SVC 大，SVC 的運行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域，而SVG 的運行范圍是上下等寬的近似矩形的區(qū)域，這是SVG 優(yōu)

42、越于 SVC的一大特點。圖 2-8 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)來進行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)如 7、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 5、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 3、5、7、11 等次的高次諧波，這給 SVC 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計帶來許多困難。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

43、個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，遠小于補償容量相同的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一步減小。此外，對于那些以輸電補償為目的的SVG來講，如果直流側(cè)采用較大的儲能電容，或者其他直流電源（如蓄電池組），則SVG還可以在必要時短時間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定數(shù)量的有功功率，這對于電力網(wǎng)來說是非常有益的，相比而言，SVC裝置則沒有這個特性。若對SVG補償?shù)臒o功電流或無功功率進行反饋控制，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，則可以實現(xiàn)SVG電流的瞬時控制，其動態(tài)性能將更加優(yōu)越，這

44、對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由于用小容量的儲能元件而具有的總體成本低的潛在優(yōu)勢，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。2.4 本章小結(jié)本章詳細介紹了SVG型靜止無功補償器的工作原理，分別就其不考慮損耗以及考慮損耗進行分析，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

45、有總體成本低的潛在優(yōu)勢。3 SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究3.1 引言電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標，保證用戶的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運行調(diào)整的基本任務(wù)之一。而電力系統(tǒng)的運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)實現(xiàn)平穩(wěn)的電壓控制。3.2 SVG穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的理論研究SVG型靜止無功補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?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

46、使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。根?jù)負荷無功功率的變化情況，來實施改變電抗器的無功功率（感性無功功率），當負荷無功功率增大時，SVG型靜止無功補償器產(chǎn)生的無功功率減少；當負荷無功功率減少時，SVG產(chǎn)生的無功增加。即不管負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)，則能實現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動，從而達到無功補償?shù)哪康?，以抑制負載波動所造成的系統(tǒng)電壓波動和閃變。系統(tǒng)、負載和補償器的單相等效電路圖如圖3-1所示：圖 3-1 系統(tǒng)、負載和補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)負荷變化很小，故有遠小于，則假定遠小于時，由圖3

47、-2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: (3-1)或者寫為： (3-2)式中一一無功功率為零時的系統(tǒng)電壓;一一系統(tǒng)短路容量。由式(3-1)和式(3-2)可知，無功功率的變化將引起系統(tǒng)電壓成比例地變化。投入補償器之后，系統(tǒng)供給的無功功率為負荷和補償器無功功率之和，即（3-3）如果補償器的無功功率總能彌補的反方向變化，以使得維持不變，即，則也將為零，從而供電電壓保持恒定。這就是對無功功率進行動態(tài)補償?shù)幕驹?。圖3-2示出了進行動態(tài)的無功補償,并使系統(tǒng)工作點保持在=常數(shù)的示意圖。當使系統(tǒng)的工作點保

48、持在=0處，即圖中的C點時，就實現(xiàn)了功率因數(shù)的完全補償。系統(tǒng)無功負荷正常時的特性補償器系統(tǒng)無功負荷正常時，無需補償器提供無功功率。綜上，可以看出SVG型靜止無功補償器具有穩(wěn)定電壓，減少電壓波動的功能。圖 3-2 系統(tǒng)電壓與無功功率變化曲線3.3 SVG的控制方法SVG的控制系統(tǒng)是一個包括檢測、控制和驅(qū)動等多個環(huán)節(jié)的復(fù)雜系統(tǒng)。一個典型的SVG控制系統(tǒng)的工作過程是：檢測環(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、電流輸送到檢測運算電路，檢測運算電路按給定的算法計算出所需要的有用信號傳送到控制器中，這些信號稱為指令信號。因此檢測環(huán)節(jié)至少包括電壓互感器、電流互感器和采樣、鎖相、運算等電路以

49、及指令信號檢測算法?？刂骗h(huán)節(jié)根據(jù)給定的控制策略對從檢測環(huán)節(jié)輸送過來的指令信號進行處理，產(chǎn)生觸發(fā)變流器門極的驅(qū)動信號傳送到驅(qū)動電路，因此控制環(huán)節(jié)至少包含信號放大、運算電路和控制策略。驅(qū)動電路將從控制器接收到的驅(qū)動信號進行功率放大，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，采用合適的檢測算法以便精確、快速檢測到所需要的指令信號以及采用合適的控制策略以便精確、快速產(chǎn)生實現(xiàn)控制目標的驅(qū)動信號是兩個關(guān)鍵點。換而言之，檢測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的指令信號檢測的算法和產(chǎn)生驅(qū)動信號的控制策略很多，

50、根據(jù)SVG的控制目標的不同，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和動態(tài)特性對檢測信號和給定參考輸入量進行處理，一切控制都是圍繞這一要求進行的。SVG送入系統(tǒng)的無功功率量的大小可以由系統(tǒng)調(diào)度或自動裝置指定，但更實際的方式是由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)職能自動判定任務(wù)的兼顧程度和主要任務(wù)，并使運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)不長期要實現(xiàn)的功能和應(yīng)用場合，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，必須引入電壓負反饋。同時為了改善控制性能，可以

51、在此基礎(chǔ)上引入補償電流的反饋。SVG作為快速補償干擾性負荷對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響的動態(tài)無功功率補償裝置，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)補償器要實現(xiàn)的功能和應(yīng)用場合，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無功電流）或者無功功率（無功功率或瞬時無功功率），也就改變了SVG吸收無功功率的大小和性質(zhì)。同時，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實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的多種不同控制目標提供了基礎(chǔ)，

52、而且為采用多種不同的控制策略實現(xiàn)對SVG輸出的無功電流的控制提供了條件。SVG對電力系統(tǒng)的控制目標可以分為三大類：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)的儲能元件保持足夠的電壓和電流，還需要對SV

53、G直流側(cè)的電壓或電流進行控制。這樣，在SVG的控制系統(tǒng)中，需要檢測的信號主要是系統(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，有時需要檢測系統(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。 電流間接控制簡單地說，電流間接控制就是按SVG的工作原理，將SVG當做交流電壓源來看待，通過對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2-7，以吸收之后電流為例。由圖中電網(wǎng)電壓、變流器交流測電壓和連接電抗壓

54、降構(gòu)成的三角形關(guān)系，可得如下等式：（2-1）式中，為與的相位差，以超前時為正；為連接電抗器的阻抗角；、與分別為、與的模。由此得：（2-2）據(jù)此，可推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時SVG從電網(wǎng)吸收的無功電流和有功電流有效值分別為：（2-3）（2-4）可以證明，如果無功電流的符號以吸收滯后無功功率為正，吸收超前無功功率為負，則當滯后于，SVG從電網(wǎng)吸收超前無功電流時，其穩(wěn)態(tài)仍然滿足式（2-3）和式（2-4），只不過此時其中的和均為負。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，可以通過控制相對的超前角來控制SVG吸收的無功電流。圖 3-3 、與的關(guān)系曲線另外，

55、由式（2-1）還可得SVG交流側(cè)輸出電壓為：（2-5）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應(yīng)的。則SVG從系統(tǒng)吸收的無功功率與有功功率分別為： (2-6) (2-7)可以證明，如果無功功率的符號以吸收超前無功功率為正，吸收滯后無功功率為負，則當滯后于，SVG從電網(wǎng)吸收滯后無功功率時，其穩(wěn)態(tài)仍滿足以上五式，只是此時、和均為負值。由式（2-5）可以看出，與變流器交流側(cè)基波電壓的大小一一對應(yīng)，這就為控制提供了理論依據(jù)。另外，還可以看出，不管大于還是小于，均有大于，也就是說，SVG均要從系統(tǒng)吸收少量有功功率來平衡SVG本身和電路的各種損耗。當改變角時，也隨著改變。角變化時，變流器將

56、吸收一定的有功電流，因而直流側(cè)的電容將被充電或放電，因而引起的變化，從而引起的變化。當暫態(tài)過程完畢時，、必然滿足上述關(guān)系式。 電流直接控制簡單地說，電流直接控制就是采用跟蹤型PWM控制技術(shù)對SVG的交流側(cè)產(chǎn)生的無功電流進行控制。理論上，各種PWM技術(shù)都可以對SVG的交流側(cè)產(chǎn)生的電流進行控制，并且由于電流直接控制對SVG輸出的無功電流進行直接控制，因此比電流間接控制更能精確的控制SVG輸出的無功電流。正因為如此，電流直接控制策略在SVG中占有重要位置。電流直接控制的基本思想是使用適當?shù)腜WM策略對系統(tǒng)的瞬時無功電流進行處理來得到PWM脈沖信號，然后使用該PWM脈沖信號去驅(qū)動變流器中可控電力電子器

57、件的門極，從而控制變流器的輸出電流瞬時值與系統(tǒng)的瞬時無功電流在允許的偏差范圍內(nèi)。電流直接控制的PWM策略很多，最常用的方法有三角形波比較法、滯環(huán)比較法和空間電壓矢量法。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，歸納起來有以下幾個方面：（1）電流的間接控制方法相對簡單，技術(shù)相對成熟；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)。由于瞬時反饋的引入，控制系統(tǒng)對直流側(cè)電壓和交流側(cè)電網(wǎng)電壓波動迅速做出反應(yīng)，保持輸出電流跟隨參考值。（2）直接控制比間接控制的系統(tǒng)穩(wěn)定性高。（3）直接控制可抑制負序引起的不良影響。（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實際上已經(jīng)相當于一個受控的電流源，但直接控制法由于是電流瞬時值的跟蹤控制，因而要求主電路電力半導(dǎo)體器件有較高的開關(guān)頻率，這對于大容量的SVG目前是難以做到的。（5）在工程實際應(yīng)用中，電流直接控制方法中的脈寬調(diào)制信號的產(chǎn)生方法用得最多的是滯環(huán)控制法和三角波比較法，而三角波比較法更多的用于連續(xù)時域控制，滯環(huán)控制法及改進的滯環(huán)控制法則更適合于數(shù)字化控制應(yīng)用?？臻g矢量法適合用于三相對稱正弦系統(tǒng)，佛則由于計算量大和需要增加濾波環(huán)節(jié)來檢測基波無功電流，影響控