基于MATLAB的SVG型静止无功补偿器稳定系统电压的理论研究

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1、基于MATLAB的SVG型静止无功补偿器稳定系统电压的理论研究（东北农业大学工程学院，哈尔滨150030）摘要：随着电力电子设备、交直流电弧炉和电气化铁道等非线性、冲击性负荷的大量接入电网，引起了电网无功功率不足、电压波动与闪变、三相供电不平衡以及电压电流波形畸变等其它一系列电能质量问题，并严重威胁着电力系统的安全稳定运行。静止无功发生器(StaticvarGeneration，简称SVG)适于实时补偿冲击性负荷的无功冲击电流和谐波电流。IGBT、GTO等电力电子元件的开发，使大功率高电压的变流器的应用可靠性有了显著提高,

2、而且由于采用了微处理机和大规模集成电路组件，使复杂的控制电路也提高了经济性和可靠性，由于SVG具有补偿无功功率、提高功率因数、抑制电压波动和闪变、抑制三相不平衡、提高电路输电稳定性等优点，从而使矢量控制的新型SVG得到了广泛的开发应用。关键词：无功补偿；SVG；稳定电压作为一个人口众多、资源又相对不足的国家，水、电、煤、天然气、土地等很多能源的日益减少已经成为制约我国实现可持续发展的重要因素，而且伴随人口的继续增长和资源的减少，这种矛盾还会不断加剧。随着我国经济发展方式的转变和建设“节约型”社会口号的提出，电力系统无功补偿

3、也成为研究的热点。改革开放30年来，我国经济飞速发展，对能源特别是电能的需求不断增加，电力系统装机容量逐年增加，据预测到2020年，我国发电装机容量将达9~10亿kW，今后每年投运的机组容量至少2千万kW；另一方面要节约电能，提高电能的利用效率。无功功率在电气技术领域是个必不可少的重要物理量。变化的磁场产生变化的电场，变化的电场产生变化的磁场，这正是无功功率交换的规律。因此，有磁场空间和电场空间才能存在无功功率产生的空间。在正弦电路中，无功功率的概念有清楚的物理意义，无功功率表示有能量交换，但不消耗功率，其幅值可作为能量交

4、换的量度。传统上无功功率一般采用平均无功功率概念，它是电路中储能元件与电源间交换功率的最大值，也是储能元件与电源间交换能量的一种量度。在非正弦电路中，无功功率的概念却很抽象，并且至今未获得公认的无功功率定义。于是，在非正弦波情况下，有关平均无功功率的有两种学派：一种学派是依据Budeanu的定义。采用频域分析法；另一种学派是Fryze的定义，采用时域分析法。近年来，国内外学者又提出了广义平均无功功率、瞬时无功功率以及广义瞬时无功功率的概念。近年来，随着我国电力工业的不断发展，大范围的高压输电网络逐渐形成，同时对电网无功功率

5、的要求也日益严格。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能质量、降低电网损耗以及保证其安全运行所不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。因此，无功功率对电力系统是十分重要的，研究无功功率具有重要的现实意义。1SVG的基本工作原理SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。在平衡的

6、三相电路中,不论负荷的功率因数如何，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都是等于三相总的有功功率。因此总的来看，在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的来回往返，各相的无功能量是在三相之间来回往返的。所以，如果能用某种方法将三相各部分无功能量统一起来处理，使三相电路电源和负载间没有无功能量的传递，在总的负载侧就无需设置无功储能元件，三相桥式变流电路实际上就具有这种将三相总的统一处理的特点。实际上，考虑到变流电路吸收的电流并不只含基波，其谐波的存在也多少会造成总体来看有少许无功能量在电源与SVG之间往返；所以，为了维持桥式变

7、流电路的正常工作，其直流侧仍需要一定大小的电感或电容作为储能元件，但所需储能元件的容量远比SVG所能提供的无功容量要小。而对SVC装置，其所需储能元件的容量至少要等于其所提供的无功功率的容量，因此，SVG中储能元件的体积和成本比同容量的SVC大大减小，SVG分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型，其电路基本结构如图1所示：图1电压型SVG电路直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。电压型桥式电路，还需再串联上连接电抗器才能并入电网；电流型桥式电路，还需在交流侧并联上吸收换相产生的过电压的电容器；实际上，由于运

8、行效率的原因，迄今投入实用的SVG大都采用电压型桥式电路，因此SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。2SVG稳定系统电压SVG型静止无功补偿器将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收