VVV静止无功发生器_SVG_四象限运行特性的分析_田茂.pdf

静止无功发生器(SV G)四象限运行特,I l的分析田茂,林忠岳,李燕(广西大学电气工程学院,南宁530004)摘 要:随着队CT S技术的发展SVG逐渐成为电力系统电压调整和无功辛嗜的重要元件。sV G主电路结构是基于PW M变流器的拓扑结构,PWM变流器可以在四象卜 影运行,所比VG亦可在四象卜 影运行,从而过 JI J 为系统提供无功功率的目的。本力啪VG的基本原理和其四象卜 澎运布 剥待性进行了详细分析,指出了SVG四象卜影运行时的整流、逆变规律及其拄 喘业 方法,为SV G的间接控制方法提供了设计依据,本文又怡VG的四象限运布尹待性分析也适用于双PWM变流器的控制。关键词:SVG,PW M,四象限,整流,逆变SVGWo rkingSlalein4一qu adr ant11ANMa O,L N Z I 加ng.y Ue,l i y面(助l leg eo fEle ct r ica ndle Ch nolo留,G珑川g心Un iv e l sit y,Na r 川i ng530 0(抖)Abs。,c t:Wi t ht h edev elo Pmento fF ACTS枉犯h n01 呸岁,SVG i sb e c oh a n ga n如p e彻tde访c eo fv ol怕g ea d ju s t in go f因认肥r卿众ma nd找戈t iv ep e认l er详咫如、仆em创 叭c吮u l tc o 浦即丽o no fSVGi s b肠e do nt o闪10爵叨浦邵画。no fpw M知比川I a ntc om 心加认Cc u nn to fpwMc on ve“七rc a n叭心次i n知u a d ra n丸5 0d oSVG.T hi spa l祀ra r司y se Sb a si cpn n ciP leo fSVGa n di t s知珑川m爪nJ I Uu ngch a花 I Ct er is t i ci nd比a l l,a ndp oi n t sou t it sr ul e sa ndc on廿。lme l山以如i n clu d吨代军石f ie rc on tr o!斑1d inv er t erc ont rDI.Thea na iy s isab eu t知珑以r an i几I n几旧9o fSVGi nt h i s如p erC a na ls ob e a PP l ie dt oPWMdo ublec on tr ol习S t em.枪州。心:SV G PW M知朋由朋t代兄石 五 e r i nver t er1引言随着电力电子技术的进一步发展,特别是美国学者L.Gy U g yi提出利用变流器进布至无功辛哨的理论以来,逐步出现了应用变流技术进擂 示劝 态无功辛瞻的静止辛噜器。从拓扑结构上看,SVG实际上是直漪 钡g无负载的P枷变流器,与一般P枷变流器控伟腰求不同,SV G吏强调网狈U无功电流的控制i性能。由于PW M变流器四象卜影运布剥寺性,Sv G 能实现无宝皆 妓连续的动态无功补偿。2静止无功发生器的基本原理:SV G根据直汤池l采用电名环口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SV G:电压型SV G的电路结构实质同PW M电压型变流器的结构是一样的,可以将直流电变为交流电,输出电压、频率及相位均可控的交流电压K。如图l所示,将变流器的输出经电感(电抗XL)接至三相交流电网,控制6个开关器件使变流器输出电压的频率厂等于交流电网频率关,逆变器各相电压K与交流电网各相电压K同相,那么逆变器输出电流I为:R一又I二(l)厂:由于K与V s同相,因此变流器向电网输出的电流与电网电压代相差9 00,变流器只输出无功电流、(SV G)。无功功率,变流器成为一个无功功率发生器力率发生器向电网输出负 载交流电网卜二才廿廿一廿叫电电入+Ix乙杭玖j图1 PW M滞后的感性无功电流几为正,则:I o=K一K(2)XI当输出电压K高于电网电压K时,肠0,几滞后代9 00,如图(2)所示,这时无功功率发生器输出滞后的感性无功功率;当输出电压叱低于电网帆代时,I。叱l)变流器交流侧电压叱的端点在W区间运o占二,2电流I与K的夹角中动时如图5(a)所示,科与K的 夹 角6为:电流I与V s的夹角,jS冲r一O一CK_二占O,2中为:象限。_二。02,电流I处于坐标系的第四根据I与K的矢量关系可得:电网向PW M变流器提供有功功率及感性无功功率。因为有功能量通过PW M 变流器由电网传输至直流侧,所以汀_._、二二_._._._为:二三中三厂,电流I处 于坐标系的第二象限。2根据I与V s的矢量关系可得:电网向PW M变流器提供负的有功功率(相 当于PW M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PW M 变流器由直流侧传输至电网,所以PW M变流器运行于逆变状态。当K的端点落在。A上时,Pw M变流器运行于整流状态。值得注意的是,当叱的端点落在X轴的口了上时,如图6(a)所示,电网向PW M变流器不提供有功功率而只提供感性无功功率,此时是SVG吸收感性无功功率的最佳理想 状态时刻。当科的端点落在口,B上时,即犷.即K卜二一 七如 图6(d)所示,PW M变流器向电CO SO网传输有功功率而不提供无功功率,PW M变流器实现单位功率因数有源逆变控制。4)变流器交流侧 电压K的端点在m区间运动 时如图5(d)所示,K与K的夹角6为:犷匡 二 一匕立匕如图6(b)所示,电网输出有功功率,c os占一_PW M变流器实现单位功率因数整流控制。2)变流器交流侧 电压叱的端 点在I区间运_二._,.州,、_:.,、J,_.US口 5一,厂;!-,电琉1与厂。的夹用2”C O S占中为0中二,2电流I处于坐标系的第一象根据I与K的矢量关系可得:电网向PW M变流器提供负的有功功率(相当于PW M 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PW M变流器 由直流侧传输至电网,所以PW M 变流器运行于逆变状态。综合l 4可以发现:当K与K的夹角6为:限。根据I与K的矢量关系可得:电网向PW M变流器提供有功功率及容性无功功率。因为有功能量通过PW M 变流器由电网传输至直流侧,所以PW M变流器运行于整流状态。当K的端点落在x轴的。x上时,如图6(c)所示,电网向PW M变流器不提供有功功率而只提供容性无功功率,此时是SV G吸收容性无功功率的最佳理想状态时刻。3)变流器交流侧 电压K的端点在n区间运一二占o时,电网向Pw M变流器提供有功功、_二,二_、._尤_.率,PW M变流器工作在整流状态,当U 三办压=盯,ZPW M变流器向电网提供有功功率,PW M 变流器工作在逆变状态,所 以相角6决定有功功率的传递方向,有功功率的传递方向决定PW M变流器的工作状 态K卜;当矢量科的端点在m、W区间运 动即动 时如 图 5(c)所示,K与K的 夹角6为:F_二_二已一兰-,PW M变流器吸收滞后 的感性无功功CO S占率,当矢量耳的端点在I、n区间运动 即:,其CO S口PW M变流器吸收超前的容性无功功率,所以说耳的幅值决定PW M变流器吸收无功功率的性质。参考文献:【l张崇巍,张兴编 著,PW M整流器及其控制,机械工业出版社,2 003.10【幻王兆安,杨君,刘进军编著,谐波抑制和无功功率补偿,机械工业出版社,19 98.9【3陈坚编著,电力电子学,高等教育出版社,2 00 2.14Bim alK.Bos e,ModernPowerEleetroniesandACDrives,机械工业出版社,20 0 3.4结论:1)目前针对P翎变流器运行特性的分析比较多,但是对基于PW M变流器结构的SV G的分析比较少,而本文则对S VG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 S VG的四象限运行特性分析也适用于双PW M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、TC R、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,S VG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。