基于高頻斬控原理的可控電抗器(并聯電抗器)

    基于高頻斬控原理的可控電抗器(并聯電抗器)
    一、引 言
　　靜止無功補償裝置(SVC)在輸配電系統中應用十分廣泛，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角，改變接入系統中的等效電納，從而調節系統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，反并聯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，制約著補償系統的動態響應性能。另一方面，補償器控制仍屬于相控范疇，電流波形畸變嚴重(尤其在大觸發控制角情況下)，給電網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的可控電抗器(并聯電抗器)，采用PWM高頻斬波控制原理實現電抗器等效電納的快速、平滑調節，斬控頻率遠遠高于供電電壓頻率，克服了傳統相控TCR控制響應滯后且產生大量諧波的缺點。

　　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VT2續流。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，調節改變α即可平滑調節等效電納;而斬控頻率高低將影響補償器動態性能，如響應速度、諧波含量等。電抗器L值應根據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。以穩定輸出電壓為目標的補償器系統采用電壓閉環PWM控制模式，控制電路主要由測量比較、PI調節器、PWM脈沖形成、GTO驅動電路等環節組成。互感器從電源母線取得信號后經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調節器輸入，PI調節器輸出即為PWM調制信號，PWM發生電路輸出經驅動電路隔離、放大后驅動GTO(VT1～VT4)。補償器系統能跟蹤電網電壓大小的變化、達到自動穩定輸出電壓目的。

　　補償器產生的無功電流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果，說明系統在較大無功負載擾動下能具有較好的電壓穩定性。

　　四、結　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 可以實現無功功率輸出的連續平滑調節。
　　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生大量諧波的缺點，顯著改善補償器諧波性能。