静止无功发生器（SVG）的控制方法

所谓静止无功发生器（SVG），在文本中就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。

与传统的以TCR为代表的SVC装置相比，SVG的调节速度更快，运行范围宽，而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。更重要的是，SVG使用的电抗器和电容元件远比SVC中使用的电抗器和电容元件要小，这将大大缩小装置的体积和成本。SVG具有如此优越的性能，显示了动态无功补偿装置的发展方向。

基本原理

简单地说，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相位和幅值，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。

控制方法

SVG与SVC的区别在于，在SVC中，由外闭环调节器输出的控制信号用作SVC等效电纳的参考值B_ref，以此信号来控制SVC调节到所需的等效电纳，而在SVG中，外闭环调节器输出的控制信号则被视为补偿器应产生的无功电流（或无功功率）的参考值。正是在如何由无功电流（或无功功率）参考值调节SVG真正产生所需的无功电流（或无功功率）这个环节上，形成了SVG多种多样的具体控制方法。而这与传统SVC所采用的触发角移相控制原理是完全不同的。

由无功电流（或无功功率）参考值调节SVG产生所需无功电流（或无功功率）的具体方法，可以分为间接控制和直接控制两大类。

1.电流的间接控制

所谓间接控制，就是按照SVG的工作原理，将SVG当作交流电压源来看待，通过对SVG交流器所产生交流电压基波的相位和幅值的控制，来间接控制SVG的交流侧电流。

图1 最简单的间接控制法

a）控制法示意图  b）电压和电流波形

无功电流的参考值I_Qref乘以一个比例系数后即作为δ角的指令，或者令比例系数为1，直接将I_Qref作为δ角的指令，从而控制SVG变流器，使SVG实际吸收的无功电流I_Q按照公式1或图2所示关系变化。为说明波形原理图，图1b所示为交流侧输出为方波的变流器的情况，图中u_s和u_I均为线电压，而i₁为电流中的基波分量。由于稳态时δ和变流器交流侧电压基波有效值U_I满足公式2所示的一一对应关系，所以改变δ角时，不用改变方波的脉宽θ，U_I就会自动跟着变化。实际上，U_I随着δ的变化而自动地变化是通过变流器直流侧电压的变化实现的。在改变δ角后的暂态调节过程中，变流器将吸收一定的有功电流，因而直流侧电容被充电或放电，引起直流电压U_d的变化，从而使得交流侧输出方波的幅值变化，也就改变了其基波的有效值。暂态调节过程结束后，系统进入新的稳态，直流电压稳定在某一新值，这个值对应交流侧输出方波的基波分量有效值U_I必然满足公式2。

公式1

公式2

图2 I_Q、I_P和U_I与δ角的关系

如果在这种控制方法基础上对SVG吸收的无功电流（或无功功率）进行反馈控制（见图3），则对无功电流的控制准确度和响应速度都将得到显著提高。在这里，对无功电流大小的检测也有多种方法，其中以dqo坐标变换法（也称Park变换，或旋转矢量坐标变换）和基于瞬时无功功率理论的检测方法速度最快。

图3 对无功电流进行闭环控制的间接控制法

2.电流的直接控制

所谓电流的直接控制，就是采用跟踪型PWM技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制。其中的跟踪型PWM技术，可以采用滞环比较方式，也可以采用三角波比较方式，其简单原理分别如图4a和b所示。

图4 电流的跟踪型PWM控制

a）滞环比较方式  b）三角波比较方式

图5给出了对SVG电流进行直接控制的一种方法。这里采用了三角波比较方式的跟踪型PWM技术。其瞬时电流的参考值i_ref，可以由瞬时电流无功分量的参考值与瞬时电流有功分量的参考值相加而得；也可以像图中所示那样，以瞬时电流无功分量的参考室i_Qref为主，而根据SVG对有功能量的需求，对i_Qref的相位进行修正来得到总的瞬时电流参考值i_ref。其中，瞬时电流无功分量的参考值可以由滞后电源电压90°的正弦波与无功电流参考值I_Qref相乘得到，而SVG对有功能量的需求，可以由直流侧电压的反馈控制来体现。

图5 SVG电流直接控制的一种方法（一相示意图）

在SVG电流直接控制方法中，也可以引入dq0变换或应用瞬时无功功率理论。图6即给出了引入dq0坐标变换的电流直接控制方法。这种控制方法，由于其参考值I_Qref、I_Pref和反馈值I_Q（即-I_q）、I_P（即I_d）在稳态时均为直流信号，因此通过PI调节器可以实现无稳态误差的电流跟踪控制。而在图5中，其参考值i_ref和反馈至i都是正弦信号，因此最终电流的控制是有稳态误差的。

SVG采用电流直接控制方法后，其响应速度和控制准确度将比间接控制法又有很大的提高。在这种控制方法下，SVG实际上已经相当于一个受控的电流源，若仍用等效交流电压源的概念来分析SVG的工作原理就不那么确切了。但是直接控制法由于是对电流瞬时值得跟踪控制，因而要求主电路电力半导体器件有较高的开关频率，这对于较大容量的SVG目前是难以做到的。

图6 SVG中采用dq0变换的电流直接控制