静止无功发生器(SVG)四象限运行特性的分析

关键词：SVG(静止无功发生器)；PWM(脉宽调制)；四象限；整流；逆变 中图分类号：TM571 文献标识码：A SVG Working State in 4- quadrant TIAN Mao, LIN Zhong-yue ,LI Yan (1. College of Electric and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. Department of Electronic and Telecommunication, Guangxi University for Nationalities, Nanning 530006, China) Abstract: With the development of FACTS technology, SVG is becoming an important device of voltage adjusting of power system and reactive power compensation. The main circuit configuration of SVG is based on topology configuration of PWM 4 - quadrant converter, AC current of PWM converter can work in 4 - quadrant, so do SVG. This paper analyses basic principle of SVG and its 4 - quadrant running characteristic in detail, and points out its rules and control methods including rectifier control and inverter control. The analysis about 4 - quadrant running of SVG in this paper can also be applied to PWM double control system. Key words: SVG (static var generator); PWM (pulse width modulation);4- quadrant; rectifier; inverter 1 引言 随着电力电子技术的进一步发展，特别是美国学者L．Gyugyi提出利用变流器进行无功补偿的理论以来，逐步出现了应用变流技术进行动态无功补偿的静止补偿器。从拓扑结构上看，SVG实际上是直流侧无负载的PWM变流器，与一般PWM变流器控制要求不同，SVG更强调网侧无功电流的控制性能。由于PWM变流器四象限运行特性， SVG能实现无谐波连续的动态无功补偿。 2 静止无功发生器的基本原理 SVG根据直流侧采用电容和电感两种不同的储能元件，可以分为电压型和电流型两种，以下主要介绍电压型SVG： 电压型SVG的电路结构实质同PWM电压型变流器的结构是一样的，可以将直流电变为交流 3 静止无功发生器(SVG)四象限运行特性 通过以上分析可知：SVG的主电路结构实质上是能量可以双向流动的PWM四象限运行变流器，当PWM变流器从电网吸收电能时，其运行于整流工作状态；当PWM变流器向电网传输电能时，其运行有源逆变工作状态。下面根据PWM变流器的四象限运行规律来介绍SVG的四象限运行特性。图4为PWM变流器模型电路。从图中可以看出：PWM变流器模型电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成。其中交流回路包括交流电 通过模型电路交流侧的控制，就可以控制其直流侧，反之亦然。以下从模型电路交流侧人手，分析 PWM变流器的运行状态和控制原理。 稳态条件下，为简化分析，对于PWM变流器模型电路，只考虑基波分量，并且不计交流侧电阻。 图5 PWM变流器交流侧动态矢量关系 有功功率及感性无功功率。因为有功能量通过 PWM变流器由电网传输至直流侧，所以PWM变 如图6(b)所示，电网输出有功功率，PWM变流器实现单位功率因数整流控制。 有功功率及容性无功功率。因为有功能量通过 PWM变流器由电网传输至直流侧，所以PWM变 的有功功率(相当于PWM变流器向电网提供有功功率)及容性无功功率。因为有功能量通过PWM变流器由直流侧传输至电网，所以PWM变流器运 矢量关系可得：电网向PWM变流器提供负的有功功率(相当于PWM变流器向电网提供有功功率)及感性无功功率。因为有功能量通过PWM变流器由直流侧传输至电网，所以PWM变流器运行于逆变状态。 图6 PWM变流器交流侧稳态矢量关系 4 结论 (1)目前针对PWM变流器运行特性的分析比较多，但是对基于PWM变流器结构的SVG的分析比较少，而本文则对SVG的基本原理和其四象限运行特性进行了详细分析，指出了四象限运行时，SVG在每个象限所处的状态(整流、逆变状态)及此时吸收无功功率的情况(吸收感性还是容性的无功功率)，为SVG的间接控制方法提供设计依据，设计者可根据上述电流四象限运行规律采取需要的控制策略。 (2)本文对SVG的四象限运行特性分析也适用于双PWM变流器的控制。 (3)因为SVG直流侧所需储能元件的容量远比SVG能提供的无功容量要小，这样便大大降低了储能元件的体积和成本。另外，在系统电压很低的情况下，仍能输出额定无功电流，而其他无功补偿装置补偿的无功电流随系统电压的降低而降低。正是由于这些优点，SVG在改善系统电压质量，提高稳定性方面具有传统无功补偿装置(如SR、 TCR、TSC)无法比拟的优点，显示出SVG是今后静止无功补偿技术发展的方向。本文仅是对SVG的四象限运行特性进行了一些探讨，要实现SVG的稳定运行，还需要解决很多问题，比如：SVG的微机控制问题，SVG的并网问题等，希望读者在以后的研究工作中加以重视并找出很好的解决办法，为SVG的大容量、大规模应用做好铺垫。 参考文献 [1] 张崇巍，张兴编著．PWM整流器及其控制[M]．北京：机械工业出版社，2003．10． [2] 王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿[M]．北京：机械工业出版社，1998．9． [3] 陈坚编著．电力电子学[M]．北京：高等教育出版社，2002．1． [4] B K．Bose．Modern Power Electronics and Ac Drives[M]．北京：机械工业出版社，2003．1．