PAGE34SVG補償裝置的仿真案例分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u1554SVG補償裝置的仿真案例分析概述 1130311.1SVG補償裝置模型 1152461.2SVG補償裝置原理 130971.3SVG補償裝置仿真驗證 3212871.4SVG補償裝置優(yōu)點 41.1SVG補償裝置模型SVG作為系統(tǒng)的無功補償裝置，連接在主變電所35(33)kV低壓母線上。在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中，電壓型SVG無功補償裝置較為普遍，其需要通過電壓器或電抗器連接接入供電系統(tǒng)，如圖1.1所示。圖中Vsvg、Vs分別為SVG交流側(cè)電壓和系統(tǒng)電壓；SVG從系統(tǒng)中吸收的有功功率用P表示；SVG送入系統(tǒng)的無功功率用9p．G表示；尺為等值變壓器或電抗器銅耗和SVG引起的有功損耗電阻；X等值變壓器或電抗器連接電抗。圖1.1SVG與系統(tǒng)連接圖從圖1.1可以看出，SVG無功補償裝置的有功損耗考慮到等值電阻R中，理想情況下的逆變器既不吸收也不發(fā)出有功功率。補償電流，與電壓總是垂直的，當超前電壓時，SVG發(fā)出容性無功，反之則發(fā)出感性無功。1.2SVG補償裝置原理靜止無功發(fā)生器(StaticVarGenerator)屬于雙向補償電源，根據(jù)SVG主電路中變流器直流側(cè)元件的類型，將SVG分為電流型SVG與電壓型SVG。其補償原理為：電網(wǎng)并聯(lián)三相并聯(lián)變流器裝置。電流互感器對流入系統(tǒng)的電流敏感，并采集至補償裝置控制系統(tǒng)內(nèi)，電流無功分量隨之被實時控制電路分離處理。IGBT性能被PWM技術(shù)與DSP芯片觸發(fā)后，隨之對三相變流器進行控制，使其輸出電壓發(fā)生變化。在感性與容性模式的作用下，快速發(fā)出與所需無功電流，最終連續(xù)補償無功功率。裝置利用高阻抗連接變壓器，實現(xiàn)電網(wǎng)并聯(lián)自換相橋式電路，通過調(diào)整橋式電路電壓輸出的相位等，或是通過交流側(cè)電流的控制，實現(xiàn)電路發(fā)出或吸收所需無功電流。在靠近負載側(cè)的某一連接點上將自換相橋式電路接入電網(wǎng)，直接控制SVG交流側(cè)輸出的電流或者電壓的相位與幅值，使SVG主電路提供負載側(cè)所需的無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償。電流型SVG運行效率較電壓型低、損耗和諧波干擾較大，而電壓型SVG因其結(jié)構(gòu)簡單，能量損耗小等優(yōu)勢而被廣泛應用。電壓型SVG主要由下列幾部分組成：(1)直流側(cè)穩(wěn)壓電容，為電壓源逆變器(vsc)裝置提供直流電壓；(2)由IGBT組成的電壓源逆變器，通過PWM調(diào)制技術(shù)控制IGBT的通斷，從而將直流電壓變換為一定頻率和幅值的交流電壓。其基本結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。圖SEQ圖\*ARABIC5.2.1電壓型SVG主電路連接圖SVG工作時通過控制晶閘管模塊可以保持交流側(cè)輸出電壓砜與網(wǎng)壓頻率一致，因此當僅考慮基波時，SVG可等效為一個與電網(wǎng)同頻的可控交流電壓源。為了分析SVG的基本工作原理，結(jié)合SVG的工作特點，繪制SVG單相等效電路如圖1.2.2所示。圖1.2.2SVG單相等效電路假設，網(wǎng)側(cè)電壓——，交流側(cè)輸出電壓——，負載電壓——。線路電阻——R，連接電抗——X,電流——I。則由圖可知:=（R+jX)I=+假設R為0，即忽略有功損耗的情況下，SVG運行時的工作向量圖如圖所示：圖1.2.3向量圖由圖1.2.3可以得出，在忽略無功損耗的情況下，當與同相時，電壓的變化可以影響靜止無功發(fā)生器吸收電流的大小，以及輸出無功功率的大小與方向。當>時，電流I超前90度，靜止無功補償裝置發(fā)出容性無功。當<時，電流I滯后90度，靜止無功補償裝置發(fā)出感性無功。1.3SVG補償裝置仿真驗證根據(jù)圖1.2.2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，利用matlab進行SVG補償裝置的仿真模型，如圖1.3.1所示。圖1.3.1SVG仿真模型將仿真時間設置為1s，設置電網(wǎng)線電壓為380V，基礎頻率為50Hz，交流側(cè)的電感為2mH，直流側(cè)的電容電壓為700V。開始啟動。在0.5s時加入10kW的有功負載、以及30kVar的無功負載，在0.6s時撤下并恢復至初始狀態(tài)繼續(xù)運行。得到電壓—電流波形圖如圖1.3.3、功率因數(shù)波形如圖1.3.3所示。圖1.3.2電壓—電流波形圖圖1.3.3功率因素波形圖如圖1.3.2可以得出，在剛開始運行的時候，電路的電壓與電流相位一致，然而在第0.5s時加上負載后，電流的相位滯后于電壓相位，然而在經(jīng)過0.05s后，SVG補償裝置補償完成，電流相位與電壓相位再一次達到一致。并且如圖2所示，系統(tǒng)的功率因數(shù)也在幾乎同一時間內(nèi)上升到接近1左右。同理，當系統(tǒng)在0．6s斷開負載時，SVG補償裝置也能迅速工作，滿足無功補償要求，動態(tài)性能良好。1.4SVG補償裝置優(yōu)點SVG裝置打破了傳統(tǒng)補償產(chǎn)品的局限性，更新了無功補償理念，裝置功率單元柜與控制柜、啟動柜等組成。尤其是對于半導體電力電子器件的運用，實現(xiàn)了逆變與整流電流的有效搭建，能夠連續(xù)調(diào)整與雙向補償負荷，對容性無功電流有跟蹤控制作用，從而進一步優(yōu)化系統(tǒng)功率因數(shù)。供配電系統(tǒng)的無功容量，主要涉及容性與感性兩種，產(chǎn)生的無功容量與下述設備作用有直接關系：（1）110kV電纜，能夠形成充電容性無功；（2）主變空載電流，能夠形成感性無功損耗；（3）35kV電纜，能夠形成充電容性無功；（4）各種變壓器的感性無功，包括牽引變壓器與綜合樓變壓器、35kV側(cè)降壓變等；（5）多種用電設備形成的感性無功。為確保SVG的補償方案的可行性，需選取系統(tǒng)感性最小無功值，以及容性最大無功值，以計算系統(tǒng)極限容性無功量。經(jīng)過實踐經(jīng)驗總結(jié)，最終選擇了最佳運行方式，即夜間以10%動照的低負載運行，白天以牽引結(jié)合動照的高負載運行方式，增大系統(tǒng)功率因素的同時，進一步優(yōu)化無功補償方式。裝置的安裝方式多樣，包括分布與分區(qū)集中式等補償方式。從經(jīng)濟效益入手分析，包括土地費用與裝置投入、工程土建費用等，集中式補償方式最為理想，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）系統(tǒng)電壓波動不斷降低，電能質(zhì)量隨之提升（2）電壓支撐及時且快速；（3）功率因數(shù)得以提升，諧波含量不斷減少，間接效益隨之提高。SVG的雙向補償特性適合城市軌道交通負荷的特點。并且打破了傳統(tǒng)補償產(chǎn)品的局限性，更新了無功補償理念，裝置功率單元柜與控制柜、啟動柜等組成。尤其是