李宇光　付杰　胡曉光

摘要：概述靜止無功發(fā)生器（SVG）的國內外研究應用現(xiàn)狀，探討其應用范圍及工作原理，介紹基于IEGT的SVG補償裝置的結構設計思路及補償方法，為快速有效進行無功補償及維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供理論依據。

關鍵詞：靜止無功發(fā)生器；IEGT；設計；數學模型；主電路

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）07-0051-03

隨著我國經濟持續(xù)的穩(wěn)定增長，人民生活質量水平顯著提升，因此廣大民眾對用電質量提出了更高的要求。除要求供電安全可靠之外，還要求電壓穩(wěn)定、頻率良好。特別是伴隨著科技的進步，大量精密器件需要高品質的電能作保障。但在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，沖擊性負荷的大量出現(xiàn)，對電能質量產生了極其嚴重的不良影響。目前，解決上述問題的最有效辦法就是進行無功功率補償。對無功功率進行及時、合理有效補償，能夠降低線損，提高電網系統(tǒng)功率因數，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少發(fā)、供電設備設計容量。靜止無功發(fā)生器（SVG）作為FACTS技術最具有代表性的應用之一，也是無功補償領域最先進、最有效的動態(tài)實時無功補償技術，已成為建設智能化、清潔化電網不可或缺的重要部分。

1 SVG國內外研究現(xiàn)狀

在1980年投入運行了全球首臺SVG樣機，它是由日本三菱電機公司與日本關西電力公司共同研制開發(fā)的。該樣機采用晶閘管強制換相的電壓型逆變器，設計容量為20 MVar。至此以后SVG迎來了飛速發(fā)展時期，1986年11月由美國研制成功并投入運行了全球首臺以GTO晶閘管而作為逆變器開斷元件的靜止無功發(fā)生器。

我國對于靜止無功發(fā)生器的研究起步較晚，與歐美、日等發(fā)達國家相比處于落后狀態(tài)。但近些年來，靜止無功發(fā)生器裝置的研發(fā)在我國發(fā)展迅猛，取得了階段性的突破。

2 SVG的應用范圍和基本原理

在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、維系電壓穩(wěn)定、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，SVG無功補償裝置的效果大大優(yōu)于同步調相機和靜止無功補償器等其他無功補償裝置。SVG無功補償裝置基于IGBT直接串聯(lián)技術，目前已廣泛應用于電力、礦山、冶金、風力發(fā)電等系統(tǒng)。

SVG可分為電壓源型和電流源型，它們都并聯(lián)于系統(tǒng)中，分別采用電容器和電感作為儲能元件。SVG單向等效電路見圖1。電源滯后及超前電壓分別見圖2和圖3。

2.1 SVG電路組成結構

1） 大功率電力電子開關器件（IGBT、IEGT）所組成的橋式電路，通過脈沖調制技術來控制功率器件的關斷，把直流側電壓轉變?yōu)橐欢l率、幅值與相位的交流電壓。

2） 直流側電力電容器作為維系變流器正常工作的必要條件，為補償裝置提供一個穩(wěn)定的電壓支撐，使SVG直流側呈現(xiàn)出低阻抗電壓源的特性。

3） 連接電抗器將逆變裝置和電力系統(tǒng)耦合在一起，有濾波作用，可以濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波，使SVG所輸出電壓波形無比接近于正弦波。

2.2 SVG數學模型建立

圖4是SVG系統(tǒng)簡化圖，其中電網電壓用三相電壓源用U表示，主開關采用IEGT，各相損耗用等效電阻R表示；電感值用等效電感L表示。忽略逆變器交流側電壓諧波分量，電壓A，B，C各相電壓相等且呈現(xiàn)對稱分布。

系統(tǒng)的三相電壓為：

3 系統(tǒng)硬件結構設計

SVG系統(tǒng)設計結構圖見圖5。硬件部分由主電路、檢測電路和控制電路三部分組成。主電路主要包括逆變電路、整流電路以及儲能電容和濾波電感；控制電路包括電壓過零檢測電路、電流檢測調理電路以及智能功率模塊。整個系統(tǒng)集合了信號采樣、驅動、檢測、調制、主電路及電源等多種功能，補償對象為三相電網和負載。

3.1 主電路設計

主電路設計采用AC-DC-AC的傳統(tǒng)結構，主要包括功率開關器件（IEGT）的選取、直流側所需電容器容量大小的選擇計算、連接電網所需電抗器容量大小的選擇等。SVG硬件設計各參數值見表1。

3.2 SVG系統(tǒng)軟件電路設計

選擇DSP所開發(fā)的軟件工具CCS（Code Composer Studio）操作系統(tǒng)，集代碼與源文件編輯、程序的調試、編譯、跟蹤與分析等多種功能于一體，且支持各種仿真器，編程支持包括匯編、C語言、C++以及三者的混合編程，可以讓用戶輕松的完成編輯、調試，數據分析等工作。主程序主要完成各變量的定義，并且對初始化、通用I/O端口的定義進行分配以及AD轉換、數據采集單元寄存器的初始化等；當初始化操作完成后，將進入循環(huán)系統(tǒng)，從而等待中斷的發(fā)生，進入空閑狀態(tài)。這時候，通過共享存儲區(qū)間內的各個功能模塊變量的相對變化量，可辨別功能模塊的進度與完成狀況，相應的發(fā)出指令使各個模塊穩(wěn)定有序；之后，等待響應中斷的發(fā)生。軟件主程序模塊流程見圖6。

初始化的任務主要是對DSP控制板所固有的資源進行合理有效的配置。首先，它要完成A/D模塊初始化設置、寄存器的常量與變量設置以及自動排序系統(tǒng)的正常觸發(fā)模式等任務。其次，它需要完成捕獲模塊初始化，其中包括捕獲單元合理設置，以及時鐘分頻和定時器的選擇。再次，它要對管理模塊進行初始化設置，其中包括正確設置I/O引腳、PWM引腳正確輸出以及定時器時鐘的計量設置等。軟件系統(tǒng)初始化模塊流程見圖7。

4 結論

電力系統(tǒng)在實際運行過程中，電壓三相不平衡問題始終是無法避免的，當三相不平衡額度較小時，對電網影響并不大，而當系統(tǒng)中三相不平衡額度過大時，將會對電網供電系統(tǒng)、用戶端負載等造成嚴重的影響，造成線路耗損增大、中性點漂移和上升、發(fā)電機和電動機過熱等一系列問題。尤其是最近國家一再提倡“節(jié)能、高效”的政策，因此更有利于無功補償裝置的發(fā)展。近些年，電力電子技術迎來了飛速發(fā)展時期，其在電網中的應用非常廣泛，SVG作為FACTS技術最具有代表性的應用之一，是最有效的動態(tài)實時無功補償設備，已成為建設智能化、清潔化電網不可或缺的重要部分?；贗EGT的SVG補償裝置的研究方法，可以快速有效的補償無功，改善電網電壓不平衡問題，從而優(yōu)化電網電能質量。

參考文獻

[1] 李淼.靈活交流輸電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用[J].湖北電力，2002.10（4）：98-99.

[2] 陳遠華，謝小榮，宋強.基于DSP實現(xiàn)的特定消諧波PWM脈沖發(fā)生器[J].清華大學學報（自然科學版）， 2003，43（3）：349-352.

[3] 段大鵬，荃于.GCT靜止無功發(fā)生器的研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2005.

[4] 高航，陳希正，許沛豐.SVG工業(yè)化裝置在電力系統(tǒng)中的應用[J].北京：中國電力出版社，2000.

[5] 李力，左麗，陳立松.牽引變電所采用SVG實現(xiàn)無功和負序綜合補償方法[J].現(xiàn)代電力，2001，18（1）：58-62.

摘要：概述靜止無功發(fā)生器（SVG）的國內外研究應用現(xiàn)狀，探討其應用范圍及工作原理，介紹基于IEGT的SVG補償裝置的結構設計思路及補償方法，為快速有效進行無功補償及維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供理論依據。

關鍵詞：靜止無功發(fā)生器；IEGT；設計；數學模型；主電路

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）07-0051-03

隨著我國經濟持續(xù)的穩(wěn)定增長，人民生活質量水平顯著提升，因此廣大民眾對用電質量提出了更高的要求。除要求供電安全可靠之外，還要求電壓穩(wěn)定、頻率良好。特別是伴隨著科技的進步，大量精密器件需要高品質的電能作保障。但在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，沖擊性負荷的大量出現(xiàn)，對電能質量產生了極其嚴重的不良影響。目前，解決上述問題的最有效辦法就是進行無功功率補償。對無功功率進行及時、合理有效補償，能夠降低線損，提高電網系統(tǒng)功率因數，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少發(fā)、供電設備設計容量。靜止無功發(fā)生器（SVG）作為FACTS技術最具有代表性的應用之一，也是無功補償領域最先進、最有效的動態(tài)實時無功補償技術，已成為建設智能化、清潔化電網不可或缺的重要部分。

1 SVG國內外研究現(xiàn)狀

在1980年投入運行了全球首臺SVG樣機，它是由日本三菱電機公司與日本關西電力公司共同研制開發(fā)的。該樣機采用晶閘管強制換相的電壓型逆變器，設計容量為20 MVar。至此以后SVG迎來了飛速發(fā)展時期，1986年11月由美國研制成功并投入運行了全球首臺以GTO晶閘管而作為逆變器開斷元件的靜止無功發(fā)生器。

我國對于靜止無功發(fā)生器的研究起步較晚，與歐美、日等發(fā)達國家相比處于落后狀態(tài)。但近些年來，靜止無功發(fā)生器裝置的研發(fā)在我國發(fā)展迅猛，取得了階段性的突破。

2 SVG的應用范圍和基本原理

在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、維系電壓穩(wěn)定、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，SVG無功補償裝置的效果大大優(yōu)于同步調相機和靜止無功補償器等其他無功補償裝置。SVG無功補償裝置基于IGBT直接串聯(lián)技術，目前已廣泛應用于電力、礦山、冶金、風力發(fā)電等系統(tǒng)。

SVG可分為電壓源型和電流源型，它們都并聯(lián)于系統(tǒng)中，分別采用電容器和電感作為儲能元件。SVG單向等效電路見圖1。電源滯后及超前電壓分別見圖2和圖3。

2.1 SVG電路組成結構

1） 大功率電力電子開關器件（IGBT、IEGT）所組成的橋式電路，通過脈沖調制技術來控制功率器件的關斷，把直流側電壓轉變?yōu)橐欢l率、幅值與相位的交流電壓。

2） 直流側電力電容器作為維系變流器正常工作的必要條件，為補償裝置提供一個穩(wěn)定的電壓支撐，使SVG直流側呈現(xiàn)出低阻抗電壓源的特性。

3） 連接電抗器將逆變裝置和電力系統(tǒng)耦合在一起，有濾波作用，可以濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波，使SVG所輸出電壓波形無比接近于正弦波。

2.2 SVG數學模型建立

圖4是SVG系統(tǒng)簡化圖，其中電網電壓用三相電壓源用U表示，主開關采用IEGT，各相損耗用等效電阻R表示；電感值用等效電感L表示。忽略逆變器交流側電壓諧波分量，電壓A，B，C各相電壓相等且呈現(xiàn)對稱分布。

系統(tǒng)的三相電壓為：

3 系統(tǒng)硬件結構設計

SVG系統(tǒng)設計結構圖見圖5。硬件部分由主電路、檢測電路和控制電路三部分組成。主電路主要包括逆變電路、整流電路以及儲能電容和濾波電感；控制電路包括電壓過零檢測電路、電流檢測調理電路以及智能功率模塊。整個系統(tǒng)集合了信號采樣、驅動、檢測、調制、主電路及電源等多種功能，補償對象為三相電網和負載。

3.1 主電路設計

主電路設計采用AC-DC-AC的傳統(tǒng)結構，主要包括功率開關器件（IEGT）的選取、直流側所需電容器容量大小的選擇計算、連接電網所需電抗器容量大小的選擇等。SVG硬件設計各參數值見表1。

3.2 SVG系統(tǒng)軟件電路設計

選擇DSP所開發(fā)的軟件工具CCS（Code Composer Studio）操作系統(tǒng)，集代碼與源文件編輯、程序的調試、編譯、跟蹤與分析等多種功能于一體，且支持各種仿真器，編程支持包括匯編、C語言、C++以及三者的混合編程，可以讓用戶輕松的完成編輯、調試，數據分析等工作。主程序主要完成各變量的定義，并且對初始化、通用I/O端口的定義進行分配以及AD轉換、數據采集單元寄存器的初始化等；當初始化操作完成后，將進入循環(huán)系統(tǒng)，從而等待中斷的發(fā)生，進入空閑狀態(tài)。這時候，通過共享存儲區(qū)間內的各個功能模塊變量的相對變化量，可辨別功能模塊的進度與完成狀況，相應的發(fā)出指令使各個模塊穩(wěn)定有序；之后，等待響應中斷的發(fā)生。軟件主程序模塊流程見圖6。

初始化的任務主要是對DSP控制板所固有的資源進行合理有效的配置。首先，它要完成A/D模塊初始化設置、寄存器的常量與變量設置以及自動排序系統(tǒng)的正常觸發(fā)模式等任務。其次，它需要完成捕獲模塊初始化，其中包括捕獲單元合理設置，以及時鐘分頻和定時器的選擇。再次，它要對管理模塊進行初始化設置，其中包括正確設置I/O引腳、PWM引腳正確輸出以及定時器時鐘的計量設置等。軟件系統(tǒng)初始化模塊流程見圖7。

4 結論

電力系統(tǒng)在實際運行過程中，電壓三相不平衡問題始終是無法避免的，當三相不平衡額度較小時，對電網影響并不大，而當系統(tǒng)中三相不平衡額度過大時，將會對電網供電系統(tǒng)、用戶端負載等造成嚴重的影響，造成線路耗損增大、中性點漂移和上升、發(fā)電機和電動機過熱等一系列問題。尤其是最近國家一再提倡“節(jié)能、高效”的政策，因此更有利于無功補償裝置的發(fā)展。近些年，電力電子技術迎來了飛速發(fā)展時期，其在電網中的應用非常廣泛，SVG作為FACTS技術最具有代表性的應用之一，是最有效的動態(tài)實時無功補償設備，已成為建設智能化、清潔化電網不可或缺的重要部分?；贗EGT的SVG補償裝置的研究方法，可以快速有效的補償無功，改善電網電壓不平衡問題，從而優(yōu)化電網電能質量。

參考文獻

[1] 李淼.靈活交流輸電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用[J].湖北電力，2002.10（4）：98-99.

[2] 陳遠華，謝小榮，宋強.基于DSP實現(xiàn)的特定消諧波PWM脈沖發(fā)生器[J].清華大學學報（自然科學版）， 2003，43（3）：349-352.

[3] 段大鵬，荃于.GCT靜止無功發(fā)生器的研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2005.

[4] 高航，陳希正，許沛豐.SVG工業(yè)化裝置在電力系統(tǒng)中的應用[J].北京：中國電力出版社，2000.

[5] 李力，左麗，陳立松.牽引變電所采用SVG實現(xiàn)無功和負序綜合補償方法[J].現(xiàn)代電力，2001，18（1）：58-62.

摘要：概述靜止無功發(fā)生器（SVG）的國內外研究應用現(xiàn)狀，探討其應用范圍及工作原理，介紹基于IEGT的SVG補償裝置的結構設計思路及補償方法，為快速有效進行無功補償及維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供理論依據。

關鍵詞：靜止無功發(fā)生器；IEGT；設計；數學模型；主電路

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）07-0051-03

隨著我國經濟持續(xù)的穩(wěn)定增長，人民生活質量水平顯著提升，因此廣大民眾對用電質量提出了更高的要求。除要求供電安全可靠之外，還要求電壓穩(wěn)定、頻率良好。特別是伴隨著科技的進步，大量精密器件需要高品質的電能作保障。但在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，沖擊性負荷的大量出現(xiàn)，對電能質量產生了極其嚴重的不良影響。目前，解決上述問題的最有效辦法就是進行無功功率補償。對無功功率進行及時、合理有效補償，能夠降低線損，提高電網系統(tǒng)功率因數，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少發(fā)、供電設備設計容量。靜止無功發(fā)生器（SVG）作為FACTS技術最具有代表性的應用之一，也是無功補償領域最先進、最有效的動態(tài)實時無功補償技術，已成為建設智能化、清潔化電網不可或缺的重要部分。

1 SVG國內外研究現(xiàn)狀

在1980年投入運行了全球首臺SVG樣機，它是由日本三菱電機公司與日本關西電力公司共同研制開發(fā)的。該樣機采用晶閘管強制換相的電壓型逆變器，設計容量為20 MVar。至此以后SVG迎來了飛速發(fā)展時期，1986年11月由美國研制成功并投入運行了全球首臺以GTO晶閘管而作為逆變器開斷元件的靜止無功發(fā)生器。

我國對于靜止無功發(fā)生器的研究起步較晚，與歐美、日等發(fā)達國家相比處于落后狀態(tài)。但近些年來，靜止無功發(fā)生器裝置的研發(fā)在我國發(fā)展迅猛，取得了階段性的突破。

2 SVG的應用范圍和基本原理

在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、維系電壓穩(wěn)定、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，SVG無功補償裝置的效果大大優(yōu)于同步調相機和靜止無功補償器等其他無功補償裝置。SVG無功補償裝置基于IGBT直接串聯(lián)技術，目前已廣泛應用于電力、礦山、冶金、風力發(fā)電等系統(tǒng)。

SVG可分為電壓源型和電流源型，它們都并聯(lián)于系統(tǒng)中，分別采用電容器和電感作為儲能元件。SVG單向等效電路見圖1。電源滯后及超前電壓分別見圖2和圖3。

2.1 SVG電路組成結構

1） 大功率電力電子開關器件（IGBT、IEGT）所組成的橋式電路，通過脈沖調制技術來控制功率器件的關斷，把直流側電壓轉變?yōu)橐欢l率、幅值與相位的交流電壓。

2） 直流側電力電容器作為維系變流器正常工作的必要條件，為補償裝置提供一個穩(wěn)定的電壓支撐，使SVG直流側呈現(xiàn)出低阻抗電壓源的特性。

3） 連接電抗器將逆變裝置和電力系統(tǒng)耦合在一起，有濾波作用，可以濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波，使SVG所輸出電壓波形無比接近于正弦波。

2.2 SVG數學模型建立

圖4是SVG系統(tǒng)簡化圖，其中電網電壓用三相電壓源用U表示，主開關采用IEGT，各相損耗用等效電阻R表示；電感值用等效電感L表示。忽略逆變器交流側電壓諧波分量，電壓A，B，C各相電壓相等且呈現(xiàn)對稱分布。

系統(tǒng)的三相電壓為：

3 系統(tǒng)硬件結構設計

SVG系統(tǒng)設計結構圖見圖5。硬件部分由主電路、檢測電路和控制電路三部分組成。主電路主要包括逆變電路、整流電路以及儲能電容和濾波電感；控制電路包括電壓過零檢測電路、電流檢測調理電路以及智能功率模塊。整個系統(tǒng)集合了信號采樣、驅動、檢測、調制、主電路及電源等多種功能，補償對象為三相電網和負載。

3.1 主電路設計

主電路設計采用AC-DC-AC的傳統(tǒng)結構，主要包括功率開關器件（IEGT）的選取、直流側所需電容器容量大小的選擇計算、連接電網所需電抗器容量大小的選擇等。SVG硬件設計各參數值見表1。

3.2 SVG系統(tǒng)軟件電路設計

選擇DSP所開發(fā)的軟件工具CCS（Code Composer Studio）操作系統(tǒng)，集代碼與源文件編輯、程序的調試、編譯、跟蹤與分析等多種功能于一體，且支持各種仿真器，編程支持包括匯編、C語言、C++以及三者的混合編程，可以讓用戶輕松的完成編輯、調試，數據分析等工作。主程序主要完成各變量的定義，并且對初始化、通用I/O端口的定義進行分配以及AD轉換、數據采集單元寄存器的初始化等；當初始化操作完成后，將進入循環(huán)系統(tǒng)，從而等待中斷的發(fā)生，進入空閑狀態(tài)。這時候，通過共享存儲區(qū)間內的各個功能模塊變量的相對變化量，可辨別功能模塊的進度與完成狀況，相應的發(fā)出指令使各個模塊穩(wěn)定有序；之后，等待響應中斷的發(fā)生。軟件主程序模塊流程見圖6。

初始化的任務主要是對DSP控制板所固有的資源進行合理有效的配置。首先，它要完成A/D模塊初始化設置、寄存器的常量與變量設置以及自動排序系統(tǒng)的正常觸發(fā)模式等任務。其次，它需要完成捕獲模塊初始化，其中包括捕獲單元合理設置，以及時鐘分頻和定時器的選擇。再次，它要對管理模塊進行初始化設置，其中包括正確設置I/O引腳、PWM引腳正確輸出以及定時器時鐘的計量設置等。軟件系統(tǒng)初始化模塊流程見圖7。

4 結論

電力系統(tǒng)在實際運行過程中，電壓三相不平衡問題始終是無法避免的，當三相不平衡額度較小時，對電網影響并不大，而當系統(tǒng)中三相不平衡額度過大時，將會對電網供電系統(tǒng)、用戶端負載等造成嚴重的影響，造成線路耗損增大、中性點漂移和上升、發(fā)電機和電動機過熱等一系列問題。尤其是最近國家一再提倡“節(jié)能、高效”的政策，因此更有利于無功補償裝置的發(fā)展。近些年，電力電子技術迎來了飛速發(fā)展時期，其在電網中的應用非常廣泛，SVG作為FACTS技術最具有代表性的應用之一，是最有效的動態(tài)實時無功補償設備，已成為建設智能化、清潔化電網不可或缺的重要部分?；贗EGT的SVG補償裝置的研究方法，可以快速有效的補償無功，改善電網電壓不平衡問題，從而優(yōu)化電網電能質量。

參考文獻

[1] 李淼.靈活交流輸電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用[J].湖北電力，2002.10（4）：98-99.

[2] 陳遠華，謝小榮，宋強.基于DSP實現(xiàn)的特定消諧波PWM脈沖發(fā)生器[J].清華大學學報（自然科學版）， 2003，43（3）：349-352.

[3] 段大鵬，荃于.GCT靜止無功發(fā)生器的研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2005.

[4] 高航，陳希正，許沛豐.SVG工業(yè)化裝置在電力系統(tǒng)中的應用[J].北京：中國電力出版社，2000.

[5] 李力，左麗，陳立松.牽引變電所采用SVG實現(xiàn)無功和負序綜合補償方法[J].現(xiàn)代電力，2001，18（1）：58-62.