基于高頻斬控原理的可控電抗器(并聯(lián)電抗器)

    基于高頻斬控原理的可控電抗器(并聯(lián)電抗器)
    一、引 言
　　靜止無功補償裝置(SVC)在輸配電系統(tǒng)中應用十分廣泛，常見SVC有：晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管控制電抗器(TCR)以及混合補償器(TCR+TSC)等。TCR的補償原理是，通過控制晶閘管觸發(fā)角，改變接入系統(tǒng)中的等效電納，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功功率輸出的目的。

　　TCR無功補償存在兩個問題：一方面，由于晶閘管的半控特性，即一旦被觸發(fā)導通，只能待流過它的電流小于維持電流后才關斷，因此在每半個電源周期內(nèi)，反并聯(lián)晶閘管對只能受控導通一次，也就是說，TCR不可避免地存在原理上的控制滯后，制約著補償系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。另一方面，補償器控制仍屬于相控范疇，電流波形畸變嚴重(尤其在大觸發(fā)控制角情況下)，給電網(wǎng)帶來較大的諧波污染。

　　本文提出一種新穎的用于無功功率補償?shù)目煽仉娍蛊?并聯(lián)電抗器)，采用PWM高頻斬波控制原理實現(xiàn)電抗器等效電納的快速、平滑調(diào)節(jié)，斬控頻率遠遠高于供電電壓頻率，克服了傳統(tǒng)相控TCR控制響應滯后且產(chǎn)生大量諧波的缺點。

　　二、高頻斬控電抗器原理
　　在電流iL的正半周，VT1和VT2高頻交替工作： VT1導通且電源電壓uS為正半周時，iL積分增長;VT1導通但uS為負半周時，iL積分減小;VT1關斷時使VT2導通，iL經(jīng)VT2續(xù)流。在iL的負半周，VT3和VT4高頻交替工作，其工作原理與VT1、VT2相同。圖3為四只GTO開關控制波形。

　　顯然，可控電抗器支路等效電納的大小取決于電抗器L值和GTO開關工作占空比α的大小，調(diào)節(jié)改變α即可平滑調(diào)節(jié)等效電納;而斬控頻率高低將影響補償器動態(tài)性能，如響應速度、諧波含量等。電抗器L值應根據(jù)所需要補償無功功率的容量來確定。

  　三、用于無功補償設計實例
　　采用前述可控電抗器(并聯(lián)電抗器)設計的單相TCR+TSC靜止無功功率補償器，如圖4所示。以穩(wěn)定輸出電壓為目標的補償器系統(tǒng)采用電壓閉環(huán)PWM控制模式，控制電路主要由測量比較、PI調(diào)節(jié)器、PWM脈沖形成、GTO驅(qū)動電路等環(huán)節(jié)組成。互感器從電源母線取得信號后經(jīng)全波整流獲得與母線電壓大小成正比關系的直流信號，該直流信號與參考信號一起作為PI調(diào)節(jié)器輸入，PI調(diào)節(jié)器輸出即為PWM調(diào)制信號，PWM發(fā)生電路輸出經(jīng)驅(qū)動電路隔離、放大后驅(qū)動GTO(VT1～VT4)。補償器系統(tǒng)能跟蹤電網(wǎng)電壓大小的變化、達到自動穩(wěn)定輸出電壓目的。

　　補償器產(chǎn)生的無功電流iL、電源電流iS，仿真時斬控頻率 為2KHz。可以看出，補償器產(chǎn)生的電流中不含低次諧波，所含諧波角頻率為 ( 為電源基波角頻率)。突變無功負載時負載端電源電壓輸出響應仿真結(jié)果，說明系統(tǒng)在較大無功負載擾動下能具有較好的電壓穩(wěn)定性。

　　四、結(jié)　論
　　文中介紹的采用基于PWM高頻斬控原理的可控電抗器(并聯(lián)電抗器)，可用于設計高性能的靜止無功功率補償裝置，且具有以下特點：
　　⑴ 拓撲新穎、簡單，有效解決了PWM高頻斬控工作條件下電抗器續(xù)流問題。
　　⑵ 控制簡便。實際控制中，VT1、VT3 和VT2、VT4可以分別共用一路控制信號。　　

       ⑶ 可以實現(xiàn)無功功率輸出的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。
　　⑷ 控制實時性強，響應速度快。而TCR相控時滯后達半個電源周期。
　　⑸ 斬控頻率遠遠高于電源基波頻率，克服了相控TCR在供電電壓頻率下工作產(chǎn)生大量諧波的缺點，顯著改善補償器諧波性能。