SVG的工作原理

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SVG 的基本工作原理与控制原理
统电压时，SVG 工作于“感性”区，吸收感性无功功率（相当于电抗器 ） ；反之，SVG 工作于“容性”区，
1
和U 分别为电网电压和 SVG 输出交流电压。 发出感性无功功率（相当于电容器） 。如图 2-1 所示，其中 U S I
U S
+
1. 前言
本部分给出 SVG 的最基本工作原理和控制算法，和实际 SVG 系统的原理与控制算法有区别，但可以从 装置到系统，对 SVG 的构成的工作原理有一个完整的认识。 通过本部分学习，能初步解答以下问题： (1) SVG 的基本工作原理是什么？为什么能和系统交换无功功率？ (2) SVG 的输出电压和系统电压是同相位的么？为什么有个夹角？ (3) SVG 的装置由哪几部分构成？各起什么作用？ (4) 常用的大容量 SVG 的主电路有哪几种？链式结构的特点是什么？ (5) SVG 的控制系统分为哪几个层次？分别起什么作用？
Байду номын сангаас
2. SVG 的基本工作原理和系统组成
2.1. SVG 基本工作原理
简单地说，SVG 就是连接在电网上的电压源逆变器，通过实时调节逆变器输出电压的相位和幅值，可改 变电路吸收或发出的无功电流，实现动态无功补偿。 SVG 可以等效为幅值和相位均可控制的、与电网同频率的交流电压源，通过交流电抗器连接到电网上。 对于理想的 SVG（无功率损耗） ，仅改变其输出电压的幅值即可调节与系统的无功交换：当输出电压小于系
3
US UL UI sin sin90 sin90
（2-1）
为正。 超前 U 其中 以 U S I
据此可推导出 SVG 从电网吸收的无功功率和有功功率分别为 ：
1 2 3
4
容性无功和感性无功的方向？为什么？ 为什么是 90°？何处可测量到 SVG 的输出电压？ 三角形中的三角函数正弦定理 第2页 / 共8页
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SVG 的基本工作原理与控制原理
目 录
SVG 的基本工作原理与控制原理 ...............................................................................................................................1 1. 前言 ...........................................................................................................................................................................1 2. SVG 的基本工作原理和系统组成............................................................................................................................1 2.1. SVG 基本工作原理 ...........................................................................................................................................1 2.2. SVG 系统构成 ...................................................................................................................................................3 2.3. SVG 方案设计 ...................................................................................................................................................3 2.3.1. 器件串（并）联 ....................................................................................................................................3 2.3.2. 变压器多重化 ........................................................................................................................................3 2.3.3. 多电平逆变器 ........................................................................................................................................4 2.3.4. 链式结构 ................................................................................................................................................4 2.4. 链式方案基本原理 ...........................................................................................................................................5 2.4.1. 主电路结构 ............................................................................................................................................5 2.5. 控制系统基本原理 ...........................................................................................................................................6 2.5.1. 基本算法原理 ........................................................................................................................................6 2.5.2. 控制算法举例 ........................................................................................................................................7 2.5.3. 链式 SVG 的控制系统设计原则 ..........................................................................................................8
的相位差 并将总损耗等效为连接电抗器的电阻，SVG 等效电路如图 2-2 所示。此时，SVG 输出电压与电流 I 的相位差不再为 90 ，而是比 90 小了 角，以提供有功功率来补偿电路中 仍为 90 ，而电网电压与电流 I
2
的相位差。改变这个相位差，同时改变 U 和系统电压 U 的幅值， 的损耗。这个 角就是逆变器输出电压 U S I I
X L
-
U I
I
U I
U S
电流超前
jXI U L
U S
jXI U L
U I
I
电流滞后
图 2-1 SVG 等效电路及工作原理（不考虑损耗）
考虑到连接电抗器 （或者连接变压器） 的损耗和逆变器本身的损耗 （如管压降、 开关损耗、 线路损耗等） ，
T1 输出侧变压 器连接方式
T2
T3
T4
图 2-3 逆变器四重化接法
4
公式推导。sin(a+b)=sinacosb+cosasinb，cos(a+b)=cosacosb-sinasinb 第3页 / 共8页
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2.3.3. 多电平逆变器 多电平逆变器主电路结构有二极管箝位和电容箝位两种，如图 2-4 (a)、(b)所示。由于各点电压被箝位， 保证了各器件之间的均压，输出电压波形也可有效改善。但随着电平数量的增加，箝位器件的数量大大增加， 使主电路结构、控制系统大大复杂化。如对于二极管箝位多电平逆变器，设电平数为 M，箝位二极管个数为 (M-1)×(M-2)×3 个；对于电容箝位，将增加电容(M-1)×(M-2)×3/2 个。因此，在实际应用中，电平数一般 不超过 5 个。
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Q
2 US sin 2 2R U2 P S 1 cos 2 2R
（2-2）
Q：上述公式能在实际控制中直接应用么？
2.2. SVG 系统构成
SVG 装置的整体结构按功能可分为如下几个部分： 1）一次系统（主电路） ：断路器、系统连接变压器（或连接电抗器） 、起动电路、电压型逆变器 2）二次系统（监测控制与保护系统） ：控制器、脉冲发生单元、脉冲分配单元、驱动与保护电路、监测 与故障诊断单元、远程后台系统 3）工程结构与冷却系统
(a) 二极管箝位 5 电平三相桥逆变器
(b) 电容箝位 5 电平三相桥逆变器
图 2-4 多电平逆变器主电路结构
2.3.4. 链式结构 链式主电路方案较好地解决了上述问题。链式接法是一种新型的多电平逆变器结构，采用多组逆变器串 联，通过控制各逆变器的导通角，即可产生接近于正弦波的阶梯波。三相之间既可采用星形接法，也可采用 三角形接法，如图 2-5 所示。
2.3. SVG 方案设计
受目前电力电子器件容量的限制，如果不采用器件串联技术，单个三相桥逆变器容量最大为 5～7MVA， 三单相桥容量为 10～14MVA。为了进一步提高装置容量，必须采用更复杂的主电路结构，如：器件串（并） 联、逆变器多重化、多电平逆变器等。 2.3.1. 器件串（并）联 器件串（并）联必须很好地解决动态过程中的均压（均流）问题。尽管在这方面已经有了很多的试验数 据和研究成果，也有实际工程应用的实例，但不能否认，器件串（并）联仍是装置中容易引发故障的薄弱环 节。器件串（并）联的另一个缺点是不能有效改善电压的输出波形，而采用多电平逆变器和逆变器多重化可 有效地降低输出电压的谐波。 2.3.2. 变压器多重化 多重化主电路结构如图 2-3 所示，该方案可成倍提高装置的容量。采用多重化时，通过设置交流侧变压 器的连接方式、不同逆变器间的移相角度可有效地降低电压谐波。然而多重化也有很多缺点：首先，变压器 是整个装置中最为昂贵的部件之一，增加了装置的造价；其次，变压器增加了 50％左右的损耗；第三，变压 器增加了 40％左右的占地面积；第四，变压器的铁磁非线性给控制系统带来了很大的麻烦。
则可调节 SVG 从电网吸收的无功功率大小。
U S
+
X
R
U I
-
U L

I
U I
U S

U L
电流超前
jXI
U L
RI
jXI

RI

U L
U S
电流滞后
U I
I
图 2-2 SVG 等效电路及工作原理（计及损耗）
由图 2-2 的相量图还可得出如下等式 ：