分享一種靜止無功發生器（SVG）的控制方法

所謂靜止無功發生器（SVG），在文本中就是專指由自換相的電力半導體橋式變流器來進行動態無功補償的裝置。

與傳統的以TCR為代表的SVC裝置相比，SVG的調節速度更快，運行范圍寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。更重要的是，SVG使用的電抗器和電容元件遠比SVC中使用的電抗器和電容元件要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。SVG具有如此優越的性能，顯示了動態無功補償裝置的發展方向。

基本原理

簡單地說，SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。

控制方法

SVG與SVC的區別在于，在SVC中，由外閉環調節器輸出的控制信號用作SVC等效電納的參考值B ref ，以此信號來控制SVC調節到所需的等效電納，而在SVG中，外閉環調節器輸出的控制信號則被視為補償器應產生的無功電流（或無功功率）的參考值。正是在如何由無功電流（或無功功率）參考值調節SVG真正產生所需的無功電流（或無功功率）這個環節上，形成了SVG多種多樣的具體控制方法。而這與傳統SVC所采用的觸發角移相控制原理是完全不同的。

由無功電流（或無功功率）參考值調節SVG產生所需無功電流（或無功功率）的具體方法，可以分為間接控制和直接控制兩大類。

1.電流的間接控制

所謂間接控制，就是按照SVG的工作原理，將SVG當作交流電壓源來看待，通過對SVG交流器所產生交流電壓基波的相位和幅值的控制，來間接控制SVG的交流側電流。

圖1 最簡單的間接控制法

a）控制法示意圖 b）電壓和電流波形

無功電流的參考值IQref乘以一個比例系數后即作為δ角的指令，或者令比例系數為1，直接將IQref作為δ角的指令，從而控制SVG變流器，使SVG實際吸收的無功電流IQ按照公式1或圖2所示關系變化。為說明波形原理圖，圖1b所示為交流側輸出為方波的變流器的情況，圖中us和uI均為線電壓，而i1為電流中的基波分量。由于穩態時δ和變流器交流側電壓基波有效值UI滿足公式2所示的一一對應關系，所以改變δ角時，不用改變方波的脈寬θ，UI就會自動跟著變化。實際上，UI隨著δ的變化而自動地變化是通過變流器直流側電壓的變化實現的。

在改變δ角后的暫態調節過程中，變流器將吸收一定的有功電流，因而直流側電容被充電或放電，引起直流電壓Ud的變化，從而使得交流側輸出方波的幅值變化，也就改變了其基波的有效值。暫態調節過程結束后，系統進入新的穩態，直流電壓穩定在某一新值，這個值對應交流側輸出方波的基波分量有效值UI必然滿足公式2。

公式1

公式2

圖2 I Q 、IP和UI與δ角的關系

如果在這種控制方法基礎上對SVG吸收的無功電流（或無功功率）進行反饋控制（見圖3），則對無功電流的控制準確度和響應速度都將得到顯著提高。在這里，對無功電流大小的檢測也有多種方法，其中以dqo坐標變換法（也稱Park變換，或旋轉矢量坐標變換）和基于瞬時無功功率理論的檢測方法速度最快。

圖3 對無功電流進行閉環控制的間接控制法

2.電流的直接控制

所謂電流的直接控制，就是采用跟蹤型PWM技術對電流波形的瞬時值進行反饋控制。其中的跟蹤型PWM技術，可以采用滯環比較方式，也可以采用三角波比較方式，其簡單原理分別如圖4a和b所示。

圖4 電流的跟蹤型PWM控制

a）滯環比較方式 b）三角波比較方式

圖5給出了對SVG電流進行直接控制的一種方法。這里采用了三角波比較方式的跟蹤型PWM技術。其瞬時電流的參考值i ref ，可以由瞬時電流無功分量的參考值與瞬時電流有功分量的參考值相加而得；也可以像圖中所示那樣，以瞬時電流無功分量的參考室iQref為主，而根據SVG對有功能量的需求，對iQref的相位進行修正來得到總的瞬時電流參考值i ref 。其中，瞬時電流無功分量的參考值可以由滯后電源電壓90°的正弦波與無功電流參考值IQref相乘得到，而SVG對有功能量的需求，可以由直流側電壓的反饋控制來體現。

圖5 SVG電流直接控制的一種方法（一相示意圖）

在SVG電流直接控制方法中，也可以引入dq0變換或應用瞬時無功功率理論。圖6即給出了引入dq0坐標變換的電流直接控制方法。這種控制方法，由于其參考值I Qref 、IPref和反饋值I Q （即-I q ）、I P （即I d ）在穩態時均為直流信號，因此通過PI調節器可以實現無穩態誤差的電流跟蹤控制。而在圖5中，其參考值iref和反饋至i都是正弦信號，因此最終電流的控制是有穩態誤差的。

SVG采用電流直接控制方法后，其響應速度和控制準確度將比間接控制法又有很大的提高。在這種控制方法下，SVG實際上已經相當于一個受控的電流源，若仍用等效交流電壓源的概念來分析SVG的工作原理就不那么確切了。但是直接控制法由于是對電流瞬時值得跟蹤控制，因而要求主電路電力半導體器件有較高的開關頻率，這對于較大容量的SVG目前是難以做到的。

圖6 SVG中采用dq0變換的電流直接控制