基于PWM控制可調電壓源的無功動態補償技術研究

2011-03-16 07:41:54查凡

長春理工大學學報(自然科學版) 2011年2期

查凡

(安徽工業大學電氣信息學院，馬鞍山 243002)

隨著現代工業技術的發展，在電力負荷中，感性負荷所占的比重越來越大。這些負荷投入運行之后除了消耗大量的有功之外還要吸收大量變化的滯后無功。大量無功的存在，會使電力設備得不到充分應用，設備及線路損耗增加，用戶功率因數降低，用戶電壓降低，破壞電力系統的穩定性，嚴重影響了供電質量和電網安全。而無功補償裝置是解決以上問題的有效手段。

目前，無功補償的方法很多，主要有固定電容補償、靜止無功補償器(SVC)、先進靜止無功發生器(ASVG)。固定電容器的補償容量無法調節，SVC本身又分為許多種，有的不能連續補償無功功率，如晶閘管投切電容器(TSC)，有的在連續補償無功的同時又向電網注入大量諧波，且需要兩倍的補償容量，如晶閘管控制電抗器(TCR)+固定電容器(FC)。ASVG可連續的調節感性或容性無功，但它控制復雜、價格昂貴且自身又受所用開關器件頻率的限制[1]。

本文介紹了一種新型的可以連續調節容性無功的續動態補償技術。交流BUCK電壓變換器與補償電容串聯直接并入電網，使補償器能夠輸出連續變化的容性無功，對感性無功進行補償，使電網的無功得到動態連續的改善，不會出現過補或欠補帶來的電壓不穩定現象，零電流投入，不對電網產生附加諧波污染，響應速度快，控制易于實現。

1 基本原理

為了實現無功的連續補償，與傳統方法不同，在固定電容的補償支路串聯一個可調電壓源Uv，Uv是與電源電壓U同相位、同頻率的正弦交流電壓，其大小可在0～U之間變化，以單相為例如圖1所示。

圖1 單相原理圖Fig.1 Single-phase circuit

定義該補償支路產生的最大補償電流ICmax與最大補償無功QCmax，則：

圖2 無功連續變化示意圖Fig.2 Schematic diagram of reactive power continuously changing

為了提供較大的補償容量，同時又不增加可調電壓源的容量，可采用混合式方案[3]，如圖 3所示。即將電網需要提供的無功Q分為n級，其中第一級能提供的連續可調節的無功，而其他級均可提供固定的無功。通過第一級連續調節與其他n 1級投切，可實現0～之間無功的連續調節，而可調電壓源的容量僅為：

圖3 混合式投切方式Fig.3 Hybrid switching method

除增加一可調電壓源外，該技術可充分利用傳統補償裝置的電容及切投開關，極適宜于對現有傳統補償裝置的技術改造。

2 可調電壓源的實現

考慮對電網無功快速動態補償，可調電壓源U采用無觸點的電力電子方案[4]，由AC_Buck電壓變換器實現，其主電路結構如圖4所示。其電路結構是基于直流Buck變換器，用兩個雙向導通開關S1、S2代替直流Buck變換器中的單向開關和續流二極管變化得到。通過開關S1、S2的交替導通在輸出側獲得一個與電網電壓同頻率、同相位的可變電壓，其中主開關S1、S2由單相整流橋，全控型開關器件(MOSFET)，RCD緩沖電路組成，RCD緩沖電路保證了開關交替導通過程中電流不出現突變。其等效電路和變換原理如圖5所示。