分享一種靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）的控制方法

所謂靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG），在文本中就是專(zhuān)指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。

與傳統(tǒng)的以TCR為代表的SVC裝置相比，SVG的調(diào)節(jié)速度更快，運(yùn)行范圍寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后可大大減少補(bǔ)償電流中諧波的含量。更重要的是，SVG使用的電抗器和電容元件遠(yuǎn)比SVC中使用的電抗器和電容元件要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。SVG具有如此優(yōu)越的性能，顯示了動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。

基本原理

簡(jiǎn)單地說(shuō)，SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

控制方法

SVG與SVC的區(qū)別在于，在SVC中，由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)用作SVC等效電納的參考值B ref ，以此信號(hào)來(lái)控制SVC調(diào)節(jié)到所需的等效電納，而在SVG中，外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)則被視為補(bǔ)償器應(yīng)產(chǎn)生的無(wú)功電流（或無(wú)功功率）的參考值。正是在如何由無(wú)功電流（或無(wú)功功率）參考值調(diào)節(jié)SVG真正產(chǎn)生所需的無(wú)功電流（或無(wú)功功率）這個(gè)環(huán)節(jié)上，形成了SVG多種多樣的具體控制方法。而這與傳統(tǒng)SVC所采用的觸發(fā)角移相控制原理是完全不同的。

由無(wú)功電流（或無(wú)功功率）參考值調(diào)節(jié)SVG產(chǎn)生所需無(wú)功電流（或無(wú)功功率）的具體方法，可以分為間接控制和直接控制兩大類(lèi)。

1.電流的間接控制

所謂間接控制，就是按照SVG的工作原理，將SVG當(dāng)作交流電壓源來(lái)看待，通過(guò)對(duì)SVG交流器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值的控制，來(lái)間接控制SVG的交流側(cè)電流。

圖1 最簡(jiǎn)單的間接控制法

a）控制法示意圖 b）電壓和電流波形

無(wú)功電流的參考值IQref乘以一個(gè)比例系數(shù)后即作為δ角的指令，或者令比例系數(shù)為1，直接將IQref作為δ角的指令，從而控制SVG變流器，使SVG實(shí)際吸收的無(wú)功電流IQ按照公式1或圖2所示關(guān)系變化。為說(shuō)明波形原理圖，圖1b所示為交流側(cè)輸出為方波的變流器的情況，圖中us和uI均為線電壓，而i1為電流中的基波分量。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)δ和變流器交流側(cè)電壓基波有效值UI滿足公式2所示的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以改變?chǔ)慕菚r(shí)，不用改變方波的脈寬θ，UI就會(huì)自動(dòng)跟著變化。實(shí)際上，UI隨著δ的變化而自動(dòng)地變化是通過(guò)變流器直流側(cè)電壓的變化實(shí)現(xiàn)的。

在改變?chǔ)慕呛蟮臅簯B(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，變流器將吸收一定的有功電流，因而直流側(cè)電容被充電或放電，引起直流電壓Ud的變化，從而使得交流側(cè)輸出方波的幅值變化，也就改變了其基波的有效值。暫態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)，直流電壓穩(wěn)定在某一新值，這個(gè)值對(duì)應(yīng)交流側(cè)輸出方波的基波分量有效值UI必然滿足公式2。

公式1

公式2

圖2 I Q 、IP和UI與δ角的關(guān)系

如果在這種控制方法基礎(chǔ)上對(duì)SVG吸收的無(wú)功電流（或無(wú)功功率）進(jìn)行反饋控制（見(jiàn)圖3），則對(duì)無(wú)功電流的控制準(zhǔn)確度和響應(yīng)速度都將得到顯著提高。在這里，對(duì)無(wú)功電流大小的檢測(cè)也有多種方法，其中以dqo坐標(biāo)變換法（也稱(chēng)Park變換，或旋轉(zhuǎn)矢量坐標(biāo)變換）和基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的檢測(cè)方法速度最快。

圖3 對(duì)無(wú)功電流進(jìn)行閉環(huán)控制的間接控制法

2.電流的直接控制

所謂電流的直接控制，就是采用跟蹤型PWM技術(shù)對(duì)電流波形的瞬時(shí)值進(jìn)行反饋控制。其中的跟蹤型PWM技術(shù)，可以采用滯環(huán)比較方式，也可以采用三角波比較方式，其簡(jiǎn)單原理分別如圖4a和b所示。

圖4 電流的跟蹤型PWM控制

a）滯環(huán)比較方式 b）三角波比較方式

圖5給出了對(duì)SVG電流進(jìn)行直接控制的一種方法。這里采用了三角波比較方式的跟蹤型PWM技術(shù)。其瞬時(shí)電流的參考值i ref ，可以由瞬時(shí)電流無(wú)功分量的參考值與瞬時(shí)電流有功分量的參考值相加而得；也可以像圖中所示那樣，以瞬時(shí)電流無(wú)功分量的參考室iQref為主，而根據(jù)SVG對(duì)有功能量的需求，對(duì)iQref的相位進(jìn)行修正來(lái)得到總的瞬時(shí)電流參考值i ref 。其中，瞬時(shí)電流無(wú)功分量的參考值可以由滯后電源電壓90°的正弦波與無(wú)功電流參考值IQref相乘得到，而SVG對(duì)有功能量的需求，可以由直流側(cè)電壓的反饋控制來(lái)體現(xiàn)。

圖5 SVG電流直接控制的一種方法（一相示意圖）

在SVG電流直接控制方法中，也可以引入dq0變換或應(yīng)用瞬時(shí)無(wú)功功率理論。圖6即給出了引入dq0坐標(biāo)變換的電流直接控制方法。這種控制方法，由于其參考值I Qref 、IPref和反饋值I Q （即-I q ）、I P （即I d ）在穩(wěn)態(tài)時(shí)均為直流信號(hào)，因此通過(guò)PI調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差的電流跟蹤控制。而在圖5中，其參考值iref和反饋至i都是正弦信號(hào)，因此最終電流的控制是有穩(wěn)態(tài)誤差的。

SVG采用電流直接控制方法后，其響應(yīng)速度和控制準(zhǔn)確度將比間接控制法又有很大的提高。在這種控制方法下，SVG實(shí)際上已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)受控的電流源，若仍用等效交流電壓源的概念來(lái)分析SVG的工作原理就不那么確切了。但是直接控制法由于是對(duì)電流瞬時(shí)值得跟蹤控制，因而要求主電路電力半導(dǎo)體器件有較高的開(kāi)關(guān)頻率，這對(duì)于較大容量的SVG目前是難以做到的。

圖6 SVG中采用dq0變換的電流直接控制