静止串联无功补偿器SVC与ASVG

1、静止无功补偿器（SVC）和静止无功发生器（ASVG）目录预备知识SVC的工作原理与数学模型ASVG的工作原理与数学模型预备知识柔性交流输电系统（柔性交流输电系统（Flexible Alternative Current Transmission Systems） 柔性交流输电系统（FACTS）是建立在电力电子或其他静止型控制器基础之上的、能提高可控性和增大电力传输能力的交流输电系统。 FACTS代表一种灵活性更好的交流输电系统，别于以往的交流输电系统； FACTS结构基础是电力电子器件与其他（如电容器、电抗器之类）无源元件的组合； FACTS的目的是提高输电系统的可控性、保证电能质量，并能增强

2、系统传输能力。预备知识电力系统无功功率与电压的关系电力系统无功功率与电压的关系 在电力系统的正常运行中，任何电压的偏移都会带来经济、安全系统的不利影响，而电力系统中的电压水平与无功功率密切相关。 节点电压的大小对无功功率分布起决定作用P+jQUjjB/2-jUj2B/2-jUi2B/2jB/2UiPi+jQiR+jXP，+jQ，预备知识 在不考虑输电线路的对地电容时，设末端电压Uj为基准电压，则知节点电压间的关系为： 在超高压电力系统中，线路电抗远大于线路电阻，因而上式可写成：式中为线路两端电压的相位差，则得：ijjjjjjPjQPRQXPXQRUURjXUjUUj UUUU,cossinij

3、jiijjQXPXUUjUUjUUUcossin ,ijijjUUUUPQUXX预备知识 正常运行时输电线路两端电压的相位差比较小，可以认为cos 1，这样线路中传输的无功功率大小就与线路两端电压的有效值之差成正比，无功功率将从节点电压高的一端流向节点电压低的一侧。上述分析表明，如果远处电源经输电线路向负荷提供无功功率，会使沿线路各点的电压下降，甚至不能满足质量要求。 无功功率对电压水平有决定性影响 电力系统中各种用电设备吸收的无功功率，大多数与所加电压有关。当系统出现无功功率缺额，亦即无功电源不能提供足够的无功功率时，系统所接的各负荷的电压降下降。综合无功功率负荷的静态电压特性SVC的工作原

4、理与数学模型 电力系统的电压分布与系统中的无功朝流分布密切相关。因此，为了调整系统的电压，必须调整系统中无功潮流分布。 传统的静止并联无功补偿是在节点上并联电容器或电抗器，通过机械开关按组投入或退出。其缺点有三：调节离散；调节速度缓慢；电压负特性。 静止无功发生器（SVC）是将电力电子元件引入电力系统的静止并联无功补偿装置。理想的SVC可以支持所补偿节点电压接近常数，因其具有良好的动、静态调节性能，所以目前得到了广泛的应用。 SVC的构成形式有多种，但基本元件为晶闸管控制的电抗器（TCR）和晶闸管投切的电容器（TSC）。SVC的工作原理与数学模型SVC的工作原理与数学模型 图为SVC的原理示意

5、图，为了降低SVC的造价，大多数SVC通过降压变压器并入系统。由于晶闸管的控制作用，SVC将产生谐波电流，因而为降低SVC对系统的谐波污染，SVC中还应有滤波器。 现以TCR为例分析其控制原理。TCR支路由电抗器与两个背靠背连接的晶闸管相串联构成，控制元件为晶闸管。设加在TCR支路上的系统电压为正弦，晶闸管的触发延迟角为/2,，则触发时刻为 t= +k（k=0，1，2，）在晶闸管导通期间，忽略电抗器的电阻，电感电流满足方程sinLmdiLVtdtSVC的工作原理与数学模型其通解为： ，再由初值条件得： 由上式知，当t=（k+2）-时，电感电流重新回到零。因此，晶闸管的导通期为： tk+,(k+

6、2)-,k=0,1,2,.电感电流的波形如图所示，电感电流波形宽度为2（-）=2cosmLViKtLcos(k)cost,k0,1,2,.mLViLSVC的工作原理与数学模型对电感电流进行傅里叶分解，其基波分量为：则TCR支路的等值基波电抗为：TCR从系统中吸收的无功功率为：1(2sin2 )sin(t)2mLViL( )2sin2LLX222sin2( )LLVQVXLSVC的工作原理与数学模型 TSC支路由电容器与两个反向并联的晶闸管相串联构成，串联的小电感是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。 理想情况下电容器投入之前的电压为电源峰值。 对于TSC而言，晶闸管只作为投切电容器的开

7、关，而不像TCR中的晶闸管起相控的作用，因此TSC不能连续调节无功功率，TSC实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿器。（a）单相结构 （b）分组投切 （c）电压电流特性SVC的工作原理与数学模型 电容器在接通期间，向系统注入的无功功率为： ，可得SVC向系统注入的无功功率为： 由上式可知，SVC向系统注入的无功功率可以连续平滑地调节，为了扩大SVC的调节范围，根据补偿容量的需要，一个SVC中可以采用多个TSC支路。 为了SVC本身运行的稳定性，通常采用有差调节而是直线AB的斜率为0.05左右。2CQCV22sin2SVCCLQQQCVLASVG的工作原理与数学模型 静止无功发生器

8、（Advanced Static Var Generator，ASVG）也称STATCOM，其功能与SVC基本相同，但是运行范围更宽，调节速度更快。 SVC的控制元件为晶闸管，晶闸管为半控性器件，只能在阀电流过零时关断。ASVG是用全控性器件实现的，一般为GTO，IGBT。ASVG的工作原理与数学模型 将逆变器的输出经一个数值不大的电感L接至三相交流电网，逆变器各相电压Vi与交流电网各相输出电压Vs同相，逆变器输出电流I，逆变器向电网输出感性滞后无功功率为IQ，向电网输出的感性无功功率为QL，则：isissiLLLisQLisLsQsLLisLsVVVVVVIjjjXXXVVIXVVQV IV

9、XXVVQV ASVG的工作原理与数学模型 为了无功功率发生器能稳定工作，直流侧必须有一个稳定的直流电压源VD。如果无功功率发生器输出电流与电网电压的相位相差90度，则电网不向无功功率发生器输入无功功率P，但电力变流器实际工作中存在有功损耗，这时电容C的电压VD将不断减小。 为了维持直流电压VD恒定，在交流电源每个周期中都必须给变流器补充能量。 给变流器不断地补充电能损耗的一个简便、可行的技术方案是适当地调节逆变器输出电压Vi的相位，使其滞后电网电压Vs一个小角度。ASVG的工作原理与数学模型 这时，无功功率发生器从电网中吸取的有功功率由相量关系可得：输出至交流电网的感性无功功率： 调节、控制

10、相位角，即可使电网输入的有功功率等于逆变器的功率损耗，使VD恒定，同时可以调节输出的无功功率。sinSiSPV VPV IXcosSiSLSQVVVQV IXASVG的工作原理与数学模型 如图给出了一个采用三相桥变流电路和PWM控制策略的无功功率发生器控制系统原理性框图，图中包括电压VD闭环控制和无功功率Q闭环控制。ASVG的工作原理与数学模型 ASVG的伏安特性如图所示。改变电网电压的参考值Uref可以使伏安特性上下移动。 当电网电压下降，补偿器的伏安特性向下调整时，ASVG可以调整其变流器交流测电压的幅值和相位，以使其所能提供的最大无功电流ILmax和Icmax维持不变，仅受其电力半导体器件的电流容量限制。ASVG的工作原理与数学模型性能特点性能特点ASVGTCR补偿原理电压源型逆变器可控硅调节电抗无功补偿能力感性/容性双向可调只能提供