鏈?zhǔn)届o止無功發(fā)生器（SVG）是無功補(bǔ)償最具代表性的技術(shù)之一，在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定中具有很高的技術(shù)地位。在電網(wǎng)中并聯(lián)靜止無功發(fā)生器，即配置一個(gè)可以控制的無功電流源，根據(jù)負(fù)荷無功電流的起伏無功發(fā)生器的電流也隨之變化，實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)诫娋W(wǎng)之中。鏈?zhǔn)絊VG在直流一側(cè)通常選擇電容電壓作為基點(diǎn)，保證電壓的穩(wěn)定是SVG正常工作的前提，因此對(duì)SVG直流側(cè)電壓的穩(wěn)定分析就顯得尤為重要。文章主要介紹了鏈?zhǔn)届o止無功發(fā)生器的工作原理，對(duì)其直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性進(jìn)行簡要分析。

鏈?zhǔn)届o止無功發(fā)生器的運(yùn)行原理

為了達(dá)到實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償?shù)墓δ?，使得電力橋式半?dǎo)體型式的變流器具備自換相的性能，這種電力裝置就是鏈?zhǔn)届o止無功補(bǔ)償發(fā)生器。比如把相量SU 當(dāng)做電網(wǎng)的電壓，相量IU 當(dāng)作無功補(bǔ)償發(fā)生器輸出端的交流電壓，則SU 與IU 之差等于LU ，即連接電抗X上的電壓，并且這個(gè)電壓可以對(duì)通過自身的電流進(jìn)行有效控制。而此時(shí)的電流就是無功補(bǔ)償裝置在電網(wǎng)中所吸收的值I 。如果忽略變流器和電抗中的損耗，無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理就能理解為圖1中所標(biāo)識(shí)那樣。這樣的話，僅僅需要IU 和SU 相位相同，在IU 的幅值改變中就能實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置吸收電網(wǎng)電流的有效控制。

直流側(cè)電壓的控制

由無功補(bǔ)償裝置的原理運(yùn)行圖可以看出，如果把它看作是一個(gè)交流電源的話，想要改變和控制交流側(cè)電流的大小，只需調(diào)節(jié)其電壓的幅值大小和相位就可以實(shí)現(xiàn)。

由此可知穩(wěn)定狀態(tài)下無功發(fā)生器吸收電網(wǎng)的有效有功和無功電流值為：

即穩(wěn)態(tài)下角δ和變流器交流側(cè)基波電壓值相對(duì)應(yīng)，如圖4中VI和δ的曲線關(guān)系所示。

如此，便最簡單的控制方式便脫穎而出，如圖5所示。參考的無功電流值IQref疊加一個(gè)系數(shù)作為角δ的初始命令，抑或直接取消比例系數(shù)，把IQref直接定為角δ的運(yùn)行命令來操控SVG，使SVG對(duì)無功電流的實(shí)際吸收值按照式（3）或圖4標(biāo)示的關(guān)系進(jìn)行變化。圖5b所示為波形原理，表達(dá)了變流器交流側(cè)輸出為方波的情況，圖中線電壓為vS與vI，而電流基波分量為i1。穩(wěn)態(tài)前提下，δ角和基波有效值VI滿足式5所示的相對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此δ角的改變，方波脈寬θ不變時(shí)，VI同樣會(huì)隨之變化?，F(xiàn)實(shí)中，由于變流器直流側(cè)電壓的變化會(huì)引起δ的變化，也就是VI自動(dòng)的隨之變化。δ角變化后的暫態(tài)調(diào)節(jié)中，一部分有功電流將會(huì)被吸收，伴隨著一些現(xiàn)象的出現(xiàn)，比如直流側(cè)電容的充放電，直接導(dǎo)致Vd電壓的波動(dòng)，間接地還會(huì)影響到交流側(cè)幅值電壓的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的目的。當(dāng)穩(wěn)態(tài)形成后，直流側(cè)電壓也會(huì)穩(wěn)定在一定的幅值上，而相對(duì)應(yīng)的交流側(cè)電壓基波幅值同樣滿足式（5）。

在以上控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)無功電流的吸收反饋信號(hào)采集和管控，見圖6所標(biāo)識(shí)，這種做法會(huì)大幅提高無功電流在反饋速度和精度上上控制效果。在諸多的方法中，最快捷的檢測(cè)方法是dqo坐標(biāo)變換法和基于瞬時(shí)無功功率理論。

根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)角δ與交流側(cè)電壓基波有效值VI應(yīng)有的相對(duì)應(yīng)關(guān)系，變流器交流側(cè)方波脈沖寬度角θ和超前角δ進(jìn)行相互協(xié)調(diào)的調(diào)控，可以快速的將VI達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即通過直接改變變流器交流側(cè)輸出方波脈沖的寬度來使VI調(diào)節(jié)到為了得到目標(biāo)δ穩(wěn)定值，可以通過交流側(cè)脈沖方波的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，也就是直接改變交流側(cè)變流器的的方波寬度，其中SVG控制響應(yīng)也會(huì)大大提高，同時(shí)還可以保持直流電壓的穩(wěn)定，對(duì)裝置本身來說非常有利。但是，這種控制方式的關(guān)鍵在于δ角和θ角的控制信號(hào)必須非常密切的配合，由式（5）中可知，主電路的參數(shù)對(duì)這個(gè)配合關(guān)系影響占主要部分，所以主電路的相關(guān)參數(shù)必須為已知量，一旦主電路參數(shù)有所誤差，將會(huì)對(duì)這種控制方式產(chǎn)生一定的影響。除此之外，要想真正保持直流電壓恒定，有時(shí)還要對(duì)其電壓進(jìn)行檢測(cè)反饋，以矯正控制參數(shù)的設(shè)置。

圖7中展示的是一種采用δ角和θ角相配合的控制方式，ωL是SVG連接電抗的參數(shù)。該控制方式的一個(gè)特點(diǎn)就是增加了電流反饋控制。因?yàn)樵谧儞Q坐標(biāo)的時(shí)候，三相電源電壓和d軸具有相同的旋轉(zhuǎn)空間矢量方向，可見SVG從電網(wǎng)吸收的有功電流的大小由圖中SVG電流的d軸分量Id反映出來。這種控制方式中，有功功率的參考值為調(diào)節(jié)器輸出值，同時(shí)選擇直流側(cè)反饋電壓的控制方法。

圖8給出了δ和θ角配合協(xié)調(diào)控制的第二種方法。直接把無功電流值設(shè)定為脈沖寬度θ角的控制調(diào)節(jié)信號(hào)源。信號(hào)源一旦產(chǎn)生變化，θ角就會(huì)隨之發(fā)生變化，而δ角不會(huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，這就使得無功補(bǔ)償裝置對(duì)多余的有功電流形成了吸收效果，從而額引起直流側(cè)電壓的不穩(wěn)定波動(dòng)。然而，正是由于無功補(bǔ)償裝置具有的直流電壓反饋控制作用，δ角的變化會(huì)與θ角達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。利用這種方法進(jìn)行控制，其反饋調(diào)節(jié)簡單，δ角和θ角的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)也比較容易實(shí)現(xiàn)，與第一種方法比較起來，反饋速度上并沒有太大優(yōu)勢(shì)，但不失為理論實(shí)踐的另一種選擇。endprint

以上對(duì)電流間接控制方法的介紹都是以變流器交流側(cè)輸出電壓方波為例的，實(shí)際上諧波的減小，還可以利用PWM控制技術(shù)或者數(shù)個(gè)變流器聯(lián)合的方式來實(shí)現(xiàn)年，然而對(duì)δ和θ角的控制方式是一樣的。只是在對(duì)θ角的控制中，多重變流器的聯(lián)結(jié)控制對(duì)于每個(gè)變流器的控制指令都一樣，也不過是簡單的累加，然而PWM控制技術(shù)在應(yīng)用中，改變了變流器的控制方式，而是將其變成對(duì)單周波中的PWM脈沖進(jìn)行脈沖寬度比例調(diào)節(jié)。

對(duì)于較大容量無功補(bǔ)償裝置的使用地方，間接電流的調(diào)節(jié)控制方法應(yīng)用選擇較多，這是由于大容量場(chǎng)合，電子器件對(duì)開關(guān)頻率具有一定的限制。還有，處于類似的理由，較大容量的無功補(bǔ)償需要考慮諧波的消除，而消除方法也只有疊加的方法，也就是PWM的脈沖技術(shù)應(yīng)用。

串聯(lián)混合型電力有源濾波器的控制措施

濾波器裝置的配置可以對(duì)電網(wǎng)中的諧波電流實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，甚至達(dá)到消除的效果。對(duì)于利用電流開間接或者直接控制無功補(bǔ)償?shù)难b置關(guān)鍵參數(shù)來說，對(duì)PWM變流器的有效控制，才能實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置的功能效果。PWM技術(shù)可以再一定程度上產(chǎn)生諧波電壓，滿足基波阻抗值將為0值的濾波效果。同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波具有電阻性質(zhì)的作用，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

瞬時(shí)諧波電流的檢測(cè)方法，計(jì)算比較繁瑣復(fù)雜，并且控制方式也比較復(fù)雜，依托于模擬電路實(shí)現(xiàn)功能控制的話，戶會(huì)引起許多問題，像電路龐大繁瑣，調(diào)試也比較困難，維修維護(hù)工作量大等。況且，模擬電路器件本身也具有一定的誤差和延遲，對(duì)控制精度的影響會(huì)變大。最重要的是在模擬計(jì)算中，純滯后延遲的計(jì)算基本無法實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字電路則可保證較高的計(jì)算精度，而且實(shí)現(xiàn)純滯后延時(shí)環(huán)節(jié)比較容易。特別是采用微機(jī)控制時(shí)，調(diào)試和改變控制參數(shù)或方法非常方便。因此，采用由微機(jī)控制的數(shù)字電路的方案。然而，若用MCS51、96等普通微處理器作CPU，對(duì)這樣大量的運(yùn)算和控制很難勝任，難以充分實(shí)現(xiàn)所采用的諧波電流檢測(cè)方法的瞬時(shí)性。不久前，有一款新型數(shù)字信號(hào)處理器出現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)，引起了不小的重視，使得由微機(jī)實(shí)現(xiàn)上述控制方法成為可能。

按照控制系統(tǒng)的實(shí)際需要，圖9給出了控制方式簡圖。vT和iS信號(hào)均從主電路中獲取，計(jì)算出瞬時(shí)無功功率q和瞬時(shí)有功功率p，通過濾波器消除交流值，剩余未直流成分p和q就是電壓vT分別與iS中的基波有功分量和基波無功分量作用的結(jié)果，再由p和q以及vT反向計(jì)算出電流，從而得到iS中的基波成分iSf，將其從iS中減去，即得諧波電流iSh。再乘以增益K，即生成了補(bǔ)償電壓指令vC。經(jīng)過PWM控制信號(hào)的生成環(huán)節(jié)，去電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，最終控制4個(gè)電力MOSFET的通斷，使變流器產(chǎn)生所期望的補(bǔ)償電壓vC。

直流側(cè)電壓下降的原因很多，比如變流器自身的能耗就會(huì)引起這樣的效果，而變流器必須保持正常運(yùn)行且必不可少，要想得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓值，必須實(shí)時(shí)對(duì)vT與iS進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，同時(shí)對(duì)直流側(cè)電壓也要實(shí)行檢測(cè)措施。

串聯(lián)混合型電力有源濾波器中的變壓器是變流器串聯(lián)到電路中的途徑，由此對(duì)電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償作用，所以它的共考慮概念比較模糊，無法和有源濾波器相比。然而，經(jīng)過我們的努力研究發(fā)現(xiàn)，要想達(dá)到對(duì)有功功率的吸收明顯效果，變流器在基波作用下的瞬時(shí)功率也要具有一定明顯值，這時(shí)只要把變流器產(chǎn)生與電源基波電流同相位的基波電壓，就可以達(dá)到目的。反之，如果出現(xiàn)反相位的電壓，就等于并聯(lián)負(fù)載發(fā)出有功功率了。一樣的情況，只有單個(gè)儲(chǔ)能原件的直流電容存在于變流器中，其吸收或發(fā)出的功率定會(huì)引起直流電壓的波動(dòng)。由此可知，我們可以利用變流器的補(bǔ)償電壓，在其指令中附加一定的基波電壓分量，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)其直流側(cè)電壓值的效果。以此，直流電壓調(diào)控方法便成型了。見圖9示例，vd的給定值與反饋值比較之后的偏差，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器，與諧波電流檢測(cè)中算出的p相減。這時(shí)，在算出的電流值中加上了額外的基波成分ΔiSf，基波成分已經(jīng)存在于 電壓指令當(dāng)中，基波電壓和諧波電壓最紅可以同時(shí)產(chǎn)生。這個(gè)基波電壓與iS中的基波成分相作用，控制變流器中的能量流動(dòng)，以維持直流電壓vd的恒定。

結(jié)論

根據(jù)鏈?zhǔn)届o止無功發(fā)生器的運(yùn)行原理，從運(yùn)行中的控制電流方式上對(duì)直流側(cè)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行了簡要的剖析。在現(xiàn)實(shí)的研究應(yīng)用中，這種電流控制方式也是極具重要意義。在模擬電路的設(shè)計(jì)中，要進(jìn)行很多原理性的計(jì)算，這些也是我們技術(shù)人員應(yīng)該著重注意的地方。一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的錯(cuò)誤有可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備裝置的失誤，影響整個(gè)工程的進(jìn)展。所以我們要在提高科技水平的同時(shí)，也提高我們的理論計(jì)算能力，幫助我們更好的應(yīng)用到實(shí)際工作中去。隨著新科技手段的不斷發(fā)展，理論知識(shí)的持續(xù)研究創(chuàng)新，不久的將來會(huì)有更多的方式方法來豐富我們的無功補(bǔ)償技術(shù)，來解決我們的實(shí)際問題。

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（作者簡介：溫筱波，東風(fēng)柳州汽車有限公司。）endprint