1、引言

隨著整個社會經濟的發展，對電能質量的要求也越來越高。而系統中無功負荷，特別是沖擊性無功負荷和大量電力電子裝置的應用，不僅增加了各種損耗，而且嚴重影響了電能質量。因此，實時快速的無功功率補償對優化電網潮流分布和提高電能質量具有十分重要的意義。新型靜止無功發生器(ASVG)是柔性交流輸電系統（FACTS）的重要組成部分。對電力系統的網絡參數和網絡結構實施靈活、快速的控制，從感性到容性的整個范圍進行連續的無功調節，達到快速補償系統對無功功率的需求，從而抑制電壓波動并增強系統穩定性。

2、FACTS及各種FACTS裝置

多年來電力工作者已達成共識：提高電網的安全運行水平和電能質量，除電網結構本身要和例外，還必須要有先進的調節控制手段。電網的安全、經濟運行在很大程度上取決于其“可控度”。自從美國學者L.Gyugyi在1976年提出利用半導體變流器進行無功補償的理論以來，世界各國的專家對大功率新型靜止同步補償器的理論研究于工程應用方興未艾。

現在ASVG在工程應用方面已有了突飛猛進的發展和進步。在理論研究上，對ASVG的研究成果主要集中在主電路接線方式及拓撲結構選擇、系統模型的建立、控制器設計以及裝置在電力系統中作用等方面，目前投入運行的ASVG的主電路多采用多重化結構，即使用多個逆變器并通過變壓器次級的適當連接，可將多個逆變器輸出的波形移相疊加，得到近似于正弦波形的三相對稱輸出電壓。

在研究ASVG的非線性動態建模的同時，ASVG的控制策略和控制器的設計也是研究的一個焦點。ASVG的控制器通常由內環控制器和外環控制器兩部分組成。內環控制器的基本任務是產生一個同步的驅動信號，從而在變流器的輸出電流和無功指令之間建立一種線性的關系。

3、ASVG裝置的基本原理

３.１ASVG的工作原理

如圖1所示為ASVG的工作原理示意圖，其中直流側為儲能電容，為ASVG提供直流電壓支撐，逆變器通常由多個逆變橋串聯或并聯而成，其主要功能是將直流電壓變換為交流電壓，而交流電壓的大小、頻率和相位可以通過控制逆變器中可關斷器件的驅動脈沖進行控制。

圖1 ASVG裝置調節無功的原理示意圖

圖2 單相橋電路

由于單相橋電路是構成ASVG裝置的基礎，而且三相橋工作原理也與它類似，本節將從單相橋電路的工作原理著手，對ASVG裝置進行分析。

圖3單相橋電路個可關斷器件的觸發脈沖及輸出電壓

圖4單相橋電路

(1)圖4所示單相橋電路接入系統的等效電路圖。圖3給出了單相橋電路各個可關斷器件的觸發脈沖及時序關系。由圖4可以分析一周期內各關斷器件導通的情況及單相橋電路的工作狀態。

3.2.2ASVG裝置的時域數學模型

圖5為ASVG裝置原理接線圖，可利用輸入輸出建模方法來建立。

圖5 ASVG裝置的原理接線圖

圖6 ASVG系統控制方框圖

在PID控制器中，微分作用主要是針對具有大慣性的被控對象，改善其動態性能，穩定性增加，但對擾動敏感，抑制外擾能力減弱，在ASVG中，由于對基頻信號進行調制，引進了高頻干擾，不益采用PID控制，因此在本裝置中采用Fuzzy-PI控制器。

4、仿真結果

4.1仿真方案及仿真結果

用交流電動機模擬電網的沖擊無功負荷，通過測試接入點的電壓有效值變化檢測ASVG的動態調節性能，包括響應速度和對接入點電壓的調節效果。仿真中通過檢測a、b、c相三點的電壓變化來測試ASVG的動態特性。本仿真中在380V電網中接入5臺5KW的電動機來模擬沖擊無功負載。控制方案采用前面所述的電流間接控制。接入多臺電動機運行，依次接入或切斷運行的部分電動機，依據母線和接入點電壓波形，測試ASVG快速的動態無功調節性能以及對整個電網的電能質量改善作用。實測表明，采用動態無功補償裝置后，供電母線電壓波動和閃變得到了有效的抑制，凈化了電網的環境。其應用比較結果如圖9所示。

(a)ASVG輸出電流彼形

(b)ASVG輸出無功量

(c)系統供電母線電壓波形

(d)ASVG投人前的電壓波動

(e)ASVG投入后的電壓波形

圖9ASVG對電壓波動和閃變的抑制效果

5、結論

該控制方案，能有效的對系統進行無功補償，提高電網的功率因數，且對各種性質的無功均能實現動態的連續調節，穩定工作點的電壓，有效的提高了電能質量，降低了電網的損耗。在較惡劣環境下，系統工作正常，裝置可靠性高，能夠滿足長期運行的需要。本文闡述了ASVG的無功補償原理，并同常規的靜止無功補償裝置相比較，ASVG具有突出的優點:容量大、響應快、精度高、輸出電壓諧波含量小、控制手段先進等，成為靜補裝置的首選。建立了ASVG的穩態模型，并采用開關函數法建立了動態數學模型，為更好的理解ASVG原理及實現有效的控制奠定了基礎。

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