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1、柔性输电系统中电力无功补偿技术的运用分析海特尔机电工程技术（马鞍山）有限公司 安徽马鞍山 243000 /1/view-12300551.htm摘要：随着电力电子技术的深入开展，VSC电压源换流器，PWM整流器以及SVG无功补偿技术等新型科技成果被日渐广泛的应用到了电力输送系统中。本文从柔性输电系统中无功补偿技术分析的角度出发，针对IGBT，SVG补偿技术以及PWM整流等技术进行了综合分析，为柔性输电系统的有源无功补偿技术研究提供参考。关键词：无功补偿；电力电子；柔性送电；SVG；PWM1.无功补偿技术发展现状概述1.1有源无功补偿技术内涵阐述在电力供电系统的运转中，感性负载和容性负载的共同作
2、用会造成电力资源在未做功的状态下发生损耗，即无功损耗，这会直接造成变压器损耗增大，电力输送效率降低等问题，因此，为了有效的提高电力供给过程中的功率因数，就要对供电系统进行无功补偿。有源无功补偿技术的实现是以三相电路瞬时无功功率为基础得以实现的，在有源无功补偿的过程中，三相电路中的各电压e及电流i首先会在-正交坐标系中转化为两相瞬时电压和电流，两相瞬时电压e和电流i再经过合成形成电压矢量和电流矢量。两个电参数矢量在法线上的投影即为瞬时有功电流和无功电流。最后做无功电流iq在和轴上的投影，得出这一瞬时的电压和无功电流，取电压与电流乘积便得出了有源无功功率值。1.2无功补偿技术发展现状无功补偿技术在
3、设备应用中，最广泛的是静止无功补偿装置（SVC），这一装置无功补偿的作用基础是各类型的电抗器与电容器，通过线路中感性和容性部件的协同作用，实现对输电系统电压的调节与功率因数的控制。随着电力电子技术的逐渐深化，静止无功发生器（SVG）也得以研发与应用，这一发生器的作用机理是利用自换相变流电路进行静止无功补偿，通过绝缘栅双极晶闸管（IGBT）构成自换相交流器，并在其中构建一小容量的储能单元，从而使其实现瞬时的无功功率补偿。2.柔性输电系统相关技术分析柔性输电系统是指在电力供给的过程中，利用IGBT等电力电子元件对系统传输功率进行控制，从而实现对输电系统的控制与优化。柔性输电系统中电力电子元件的运用
4、，主要包括静止无功补偿器（SVC），静止无功发生器（SVG），电压源换流器（VSC）以及PWM整流器等元件，其中SVG等无功补偿装置能够通过控制线路中有功电流和无功电流的幅值和相位，使线路中的功率因数达到输电系统所需的标准，以此保障输电系统电压的稳定性。IGBT则主要用于开关控制中，由于其饱和压降较低并且对驱动功率要求不高，因此能够非常有效的适用于输电系统的开关控制中。PWM整流器的工作原理是对三相电压的脉冲宽度进行调制，通过脉冲调制实现输电系统功率的双向流动，从而使输电线路中的功率控制能够在旋转坐标系中得以实现，这也是促进电力无功补偿技术实现的有力保障。除此之外，柔性输电系统中还包括相位调制
5、器，多类型的阻尼器与振荡器等部件，通过多个部件对电力系统的相位差，阻抗及电压的调节，提高输电系统控制的稳定性与灵活性。3.无功补偿技术在柔性输电系统中的运用3.1 IGBT技术特性及输电系统运用IGBT是一种电压驱动式的功率半导体器件，器件输入端的主要构成是MOSFET模块，输出端则为PNP型晶体管。在IGBT器件的导通过程中，MOSFET模块驱动中的双极器件会在PN结之间形成一层偏压结构，当正栅偏压出现时，电子流的移动会使偏压结构发生正向偏压，此时更多的空穴进入N-区，这便使得IGBT中阴阳极间的电阻率得到了有效调整，不仅降低了功率损耗，也实现了器件的导通。在IGBT的阻断工作中，当栅极电压
6、低于门限值，MOSFET模块中的集电极电流便会呈现降低趋势，由于受到器件中电荷密度与拓扑等因素的影响，呈现降低趋势的电流又会与少数载流子相结合，从而使器件中的耗尽层向N-区扩散，有效的实现线路的阻断。在输电系统中，IGBT主要用于线路的开通与关断控制，利用集电极与发射极间的电压差控制实现对输电线路中过流，缺电及过压保护。在输电线路的调制过程中，为了有效实现输电线路的信号延迟，控制信号分配以及逻辑判断保护等工作，可以将IGBT器件进行串联形成串联单元，使驱动信号内容得以丰富，从而实现驱动信号控制的多样化，促进IGBT导通与关断逻辑性控制效率的提升。3.2 SVG补偿技术的内涵及应用SVG补偿技术
7、的原理不同于容性器件，其对功率的无功补偿是通过自换相桥式电路电抗器的工作得以实现的。在自换相桥式电路中，电抗器通过连接输电网络，能够使桥式电路的交流侧输出电压对线路进行调节，从而实现无功功率的有效补偿。在输电系统的实际应用中，SVG补偿技术也分为电流型和电压型两种。就电压型SVG补偿技术而言，在无功功率补偿过程中，补偿器件首先借助整流桥从电力交流系统中吸取电能，实现器件中直流侧电容的充电。待充电完成后，补偿器件中的电压值趋于稳定，控制器通过控制开关装置，使三相逆变器将容性器件中的容性电压输送到输电系统中，从而实现无功功率的补偿。电流型SVG技术的无功补偿则要首先对电网控制系统的补偿前电流和电压
8、进行测定，通过对比控制前后的功率因数，计算出对应补偿电流的幅值和相位，从而根据电流的特性注入对应的无功电流，实现无功功率补偿的电流控制。SVG补偿技术主要应用于输电网络的低压配电系统中，利用SVG灵活的调控待输送的电能，能够促进功率因数的有效提高，这对于维持输电系统稳定性有着重要意义。3.3 PWM整流器在柔性输电系统中的应用控制PWM整流器是实现功率因数控制，调节输出电压的重要装置。在这一整流器器件中，主要包含八个功率开关器件，其中每四个构成一个独立的桥壁，在负载变化的影响下，开关管会在不同状态间转化，这便会造成直流母线电压的稳定性受到影响，但PWM整流器中的结构构成使其具有良好的系统抗负载
9、扰动性，因此整流器便能够有效的实现功率双向流动，即负载在吸收额定功率的同时，也会对功率进行反馈，从而实现无功功率的补偿。在当前柔性输电系统的应用中，PWM整流器主要用于主电路的拓扑结构和线路的电流控制领域中。在小功率的电路结构中，PWM整流器的应用能够促进直流输出性能的进一步改善，通过对无功功率的有效控制，也可以减少开关器件的使用，实现控制线路结构的简化。PWM整流器对控制系统的电流控制，可以通过幅值与相位的调控得以实现，也能够利用三角波对瞬态电流进行调控，通过提高电流响应效率实现对输电系统的无功补偿。4.结语随着我国工业化领域发展对电能质量要求的不断提高，如何科学合理的运用电力电子技术实现电
10、能质量的优化日渐成为了供电企业关注的焦点。有源无功补偿技术的日趋成熟，为柔性输电系统的构建与完善提供了切实有效的途径，IGBT模块对饱和压降及驱动功率的全面调控，SVG技术对输电系统的时效性补偿以及PWM对模拟输电系统因数的有效控制等，都为我国供电企业的产业化规模效益提升提供了切实有力的保障。参考文献：1王明杰，刘旭.基于柔性输电的无功补偿技术应用研究D.北京：华北电力大学，20092吴文辉.动态无功补偿技术的应用现状及发展趋势分析J.北京：电力自动化设备，2011（9）：10213张启芳，王林.SVG无功补偿装置在供电系统节能降损中的运用J.电网与清洁能源，2010：71764孙福东，孙文.PWM整流器的改进虚拟磁链定向矢量控制J.电机与控制学报，2009，34（3）：5074
