靜止無功發(fā)生器_SVG_簡介

1、靜止無功發(fā)生器(SV G簡介武漢鋼鐵設計研究總院翁利民武漢水利電力大學電力系舒立平BRIEF INTRODUCTI ON OF STATI C VAR GENERATOR(SVGW eng L i m inS hu L ip ingW uhan General of D esign and R esearch In stitu te of Steel&IronW uhan In stitu te of H ydrau lic&E lectric Pow er,E lectric Pow er D epartm en t統(tǒng)、E M S能量管理系統(tǒng)、D T S調(diào)度員培訓模擬、DM

2、S 配電管理系統(tǒng)、M IS管理信息系統(tǒng)等。它們?yōu)殡娋W(wǎng)的生產(chǎn)、管理服務,體現(xiàn)著電網(wǎng)運行管理的不同環(huán)節(jié)。就所關心的對象及功能而言,它們各有特性,但又有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。這種組成形式克服了以往自動化裝置和系統(tǒng)各自為政,有縫集成,以至長期形成“多島自動化”(的局面;做到了多“應用”的“一體化”管理,對整個集成系統(tǒng)實施了信息的統(tǒng)一管理、分層共享和分布應用。為進一步根據(jù)IEC國際標準實現(xiàn)應用軟件和應用系統(tǒng)的“即插即用”,乃至應用元件級的“方法共享”創(chuàng)造了條件。收稿日期:2000年5月8日沈曙明浙江省嘉興電力局調(diào)度所嘉興市中山路96號314000摘要隨著GTO晶閘管、IGBT等全控制型電力電子器件向大容量化

3、,高頻化方向的不斷發(fā)展,各種有源補償裝置有了很快地發(fā)展。主要用于補償無功功率的靜止無功發(fā)生器比起現(xiàn)階段廣泛采用的SV C具有更優(yōu)越的性能;本文簡單介紹了SV G的基本原理與控制方法,并從性能上與SV C系統(tǒng)作了比較。關鍵詞SV GTCR型SV C諧波AbstractA long w ith continuous developm ent of w ho lly contro llable pow er electronic devices,such as GTO th risto r and IGBT etc,tow ard large capcity and h igh freguency,

4、vari ous active compensating devices are rap idly develop ing too.T he static var generato r,used m ainly fo r compenstating reactive pow ers has a superi o r perfo r m ance as comparing w ith the SV C,w h ich is w idely adoped at current stage.T h is paper briefly introduces the basic p rinci p les

5、 and contro lling m ethod of SV G and compares it w ith SV C as far as their perfo r m ans are concerned.Key wordsSV GTCR type of SV CH ar monic w aves中圖分類號:TM714.3文獻標識碼:B文章編號:100626357(200101200162031概述現(xiàn)階段在電力網(wǎng)中廣泛應用靜止型無功補償裝置(SV C2Static var Com p en sati on其內(nèi)部的電力電子開關元件多為晶閘管。晶閘管在導通期間處于失控狀態(tài),這使SV C每步補償

6、時間間隔至少約達工頻的半個周期。若被補償?shù)呢摵蔀榧眲〔▌拥母蓴_性負荷時,常用的SV C因固有的時間延遲使其響應不夠快。靜止無功發(fā)生器(Static var Generati on,簡稱SV G則適于實時補償沖擊性負荷的無功沖擊電流和諧波電流。IGB T、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,使復雜的控制電路也提高了經(jīng)濟性和可靠性,從而使矢量控制的新型SV G得到了開發(fā)應用。靜止無功發(fā)生器(SV G,是用自換相的電力半導體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置,與以TCR型為代表的SV C裝置相比,SV G的調(diào)節(jié)速度

7、更快,運行范圍寬,而且在采取多重化、多電平或脈沖寬度調(diào)制(PWM技術等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。更重要的是, SV G使用的電抗器和電容元件比SV C中使用的要小,這將大大縮小裝置的體積和成本。2基本原理SV G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)橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位,或者直接控61供用電第18卷第1期2001年2月制其交流側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

8、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,在總的負載側就無需設置無功儲能元件,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SV G 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SV G 所能提供的無功容量要小。而對SV C 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

9、量,因此,SV G 中儲能元件的體積和成本比同容量的SV C 大大減小。SV G 分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型,其電路基本結構如圖1所示,直流側分別采用的是電容和電感這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SV G 大都采用電壓型橋式電路,因此SV G 往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動態(tài)無功補償?shù)难b置 。圖1SV G 的電路基本結構SV G 正常工作時就是通過電力半導體開關的通斷將直流側電壓轉(zhuǎn)換成交流側與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓,就象一個

10、電壓型逆變器,只不過其交流側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,SV G 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,SV G 的工作原理就可以用圖2a 所錄的單相等效電路圖來說明。設電網(wǎng)電壓和SV G 輸出的交流電壓分別用相量U S 和U I 表示,則連接電抗X 上的電壓U L 即為U S 和U I 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SV G 從電網(wǎng)吸收的電流I 。因此,改變SV G 交流側輸出電壓U I 的幅值及其相當于U S 的相位,就可以改變連接電抗上的電壓,從而控制SV G 從

11、電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值,也就控制了SV G 吸收無功功率的性質(zhì)和大小。a 在圖2a 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。在這種情況下,只需使U I 與U S 同相,僅改變U I 的幅值大小即可以控制SV G 從電網(wǎng)吸收的電流I 是超前還是滯后90°,并且能控制該電流的大小。如圖2b 所示,當U I 大于U S 時,電流超前90°,SV G 吸收容性的無功功率;當U I 小于U S 時,電流滯后電壓90°,SV G 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2SV G 等效電路及

12、工作原理3控制方法SV G 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)無功補償裝置,它的控制策略、外閉環(huán)反饋控制量和調(diào)節(jié)器的選取原則上都與SV C 裝置一樣。如控制策略的選擇應根據(jù)補償器要實現(xiàn)的功能和應用的場合,以決定采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制;而外閉環(huán)反饋控制量和調(diào)節(jié)器的選取也應根據(jù)補償器要實現(xiàn)的功能,例如要實現(xiàn)改善電壓調(diào)整的功能,控制系統(tǒng)即需采用系統(tǒng)電壓的外閉環(huán)反饋控制,設置電壓調(diào)節(jié)器。在控制上,SV G 與SV C 的區(qū)別在于,在SV C 裝置中,由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號用作SV C 等效電納的參考值B ref ,以此信號來控制SV C 調(diào)節(jié)到所需的等效電納;而在SV G 中,外閉

13、環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號則被視為補償器應產(chǎn)生的無功電流(或無功功率的參考值。正是在如712001年第1期供用電何由無功電流參考值調(diào)節(jié)SV C 真正產(chǎn)生所需的無功電流這個環(huán)節(jié)上,形成了SV G 多種多樣的具體控制方法,而這與SV C 所采用的觸發(fā)角移相控制原理是完全不同的。圖3SV G 的電壓2電流特性由無功電流(無功功率參考值調(diào)節(jié)SV G 產(chǎn)生所需無功電流的具體控制方法,可以分為間接控制和直接控制兩大類,簡單地說,間接控制就是按第2節(jié)SV G 的工作原理,將SV G 當作交流電壓源來看待,通過對SV G 變流器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值的控制,來間接控制SV G 的交流側電流。而直接控制就是

14、采用跟蹤型PWM 控制技術對電流波形的瞬時值進行反饋控制,SV G 采用電流直接控制方法后,其響應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,SV G 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對電流瞬時值的跟蹤控制因而要求主電路電力半導體器件有較高的開關頻率,這對于大容量的SV G 目前是難以做到的。4SVG 的優(yōu)特點(1運行范圍大根據(jù)工作原理的分析,SV G 的電壓2電流特性如圖3所示,同TCR 等型式的SV C 裝置一樣,改變控制系統(tǒng)的參數(shù)(電網(wǎng)電壓的參考值U ref 可以使得到的電壓2電流特性上下移動,但是可以看出,與SV C 的電壓2電流特性不同的是,當電網(wǎng)

15、電壓下降,補償器的電壓2電流特性向下調(diào)整時,SV G 可以調(diào)整其變流器交流側電壓的幅值和相位,以使其所能提供的最大無功電流I Lm ax 和I c m ax 維持不變,僅受其電力半導體器件的電流量限制。而對SV C 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,SV G 的運行范圍比SV C 大,SV C 的運行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域,而SV G 的運行范圍是上下等寬的近似矩形的區(qū)域,這是SV G 優(yōu)越于SV C 的一大特點。(2諧波量小在多種型式的SV C 裝置中,SV C 本身產(chǎn)生一定量的諧波,如TCR 型的5、7次特征次諧

16、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SV C 系統(tǒng)的濾波器設計帶來許多困難,而在SV G 中則完全可以采用橋式交流電路的多重化技術、多電平技術或PWM 技術來進行處理,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。(3連接電抗小SV G 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)這兩個交流電壓源連接起來的作用,因此所需的電感值并不大,也遠小于補償容量相同的TCR 等SV C 裝置所需的電感量,如果使用降壓變壓器將SV G 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。此外,對于那些以輸電補償為目的的SV G 來講,如果直流側采用較大的儲能電容,或者其他直流電源(如蓄電池組,則SV G 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,這是SV C 裝置所不能比擬的。5結束語SV G 相對于多型式的SV C 來講,其優(yōu)勢是十分明顯的,響應速度