基于PWM控制可调电压源的无功动态补偿技术研究

2011-03-16查凡

长春理工大学学报（自然科学版） 2011年2期

查凡

(安徽工业大学电气信息学院，马鞍山 243002)

随着现代工业技术的发展，在电力负荷中，感性负荷所占的比重越来越大。这些负荷投入运行之后除了消耗大量的有功之外还要吸收大量变化的滞后无功。大量无功的存在，会使电力设备得不到充分应用，设备及线路损耗增加，用户功率因数降低，用户电压降低，破坏电力系统的稳定性，严重影响了供电质量和电网安全。而无功补偿装置是解决以上问题的有效手段。

目前，无功补偿的方法很多，主要有固定电容补偿、静止无功补偿器(SVC)、先进静止无功发生器(ASVG)。固定电容器的补偿容量无法调节，SVC本身又分为许多种，有的不能连续补偿无功功率，如晶闸管投切电容器(TSC)，有的在连续补偿无功的同时又向电网注入大量谐波，且需要两倍的补偿容量，如晶闸管控制电抗器(TCR)+固定电容器(FC)。ASVG可连续的调节感性或容性无功，但它控制复杂、价格昂贵且自身又受所用开关器件频率的限制[1]。

本文介绍了一种新型的可以连续调节容性无功的续动态补偿技术。交流BUCK电压变换器与补偿电容串联直接并入电网，使补偿器能够输出连续变化的容性无功，对感性无功进行补偿，使电网的无功得到动态连续的改善，不会出现过补或欠补带来的电压不稳定现象，零电流投入，不对电网产生附加谐波污染，响应速度快，控制易于实现。

1 基本原理

为了实现无功的连续补偿，与传统方法不同，在固定电容的补偿支路串联一个可调电压源Uv，Uv是与电源电压U同相位、同频率的正弦交流电压，其大小可在0～U之间变化，以单相为例如图1所示。

图1 单相原理图Fig.1 Single-phase circuit

定义该补偿支路产生的最大补偿电流ICmax与最大补偿无功QCmax，则：

图2 无功连续变化示意图Fig.2 Schematic diagram of reactive power continuously changing

为了提供较大的补偿容量，同时又不增加可调电压源的容量，可采用混合式方案[3]，如图 3所示。即将电网需要提供的无功Q分为n级，其中第一级能提供的连续可调节的无功，而其他级均可提供固定的无功。通过第一级连续调节与其他n 1级投切，可实现0～之间无功的连续调节，而可调电压源的容量仅为：

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

除增加一可调电压源外，该技术可充分利用传统补偿装置的电容及切投开关，极适宜于对现有传统补偿装置的技术改造。

2 可调电压源的实现

考虑对电网无功快速动态补偿，可调电压源U采用无触点的电力电子方案[4]，由AC_Buck电压变换器实现，其主电路结构如图4所示。其电路结构是基于直流Buck变换器，用两个双向导通开关S1、S2代替直流Buck变换器中的单向开关和续流二极管变化得到。通过开关S1、S2的交替导通在输出侧获得一个与电网电压同频率、同相位的可变电压，其中主开关S1、S2由单相整流桥，全控型开关器件(MOSFET)，RCD缓冲电路组成，RCD缓冲电路保证了开关交替导通过程中电流不出现突变。其等效电路和变换原理如图5所示。