CN104078985B - 一种静止无功发生器连接电感的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种静止无功发生器连接电感的计算方法，所述静止无功发生器包含三个连接电感、一个直流电容和六个阀单元，其中，六个阀单元两两一组串联，形成的三条串联支路再并联；三个连接电感的一端分别与***母线的一相相连，另一端分别与前述三条串联支路中两个阀单元的连接点相连；而直流电容与前述三条串联支路并联；所述计算方法包括如下步骤：确定静止无功发生器空载时的调制比；确定静止无功发生器输出最大无功时的调制比；计算满足无功输出要求的连接电感的电感值。此方法针对当前高压大容量静止无功发生器连接电感参数选择依靠经验取值的不足，提供实用的理论计算依据，具有很高的设计指导意义。

Description

一种静止无功发生器连接电感的计算方法

技术领域

本发明属于大功率电力电子领域，特别涉及高压大容量静止无功发生器领域中一种静止无功发生器连接电感的计算方法。

背景技术

静止无功发生器（SVG，StaticVarGenerator）技术作为动态无功补偿技术的一个发展方向，因具有体积小、容积比大、输出特性理想、可连续调节、响应速度快、补偿容量受***电压影响小等优点，成为国内外相关机构研究的热点。

图1是高压大容量静止无功发生器示意图，静止无功发生器包含三个连接电感、直流电容和六个阀单元，其中，每个阀单元由一定数量的功率器件直接串联组成，可配合图2所示，六个阀单元两两一组串联后，所形成的三条串联支路再并联；三个连接电感的一端分别与***母线的一相相连，另一端分别与前述三条串联支路中两个阀单元的连接点相连；而直流电容与前述三条串联支路并联。SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过连接电感并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值（间接电流控制，SVG相当于可控电压源），或者直接控制其交流侧电流（直接电流控制，SVG相当于可控电流源），就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，达到动态无功补偿的目的。

连接电感作为静止无功发生器的关键设备，具有存储能量并双向馈送、调节输出电流相位、抑制高次谐波电流等作用，它不仅影响到SVG装置的动、静态响应，而且还制约着SVG的输出功率、功率因数以及直流侧电压。目前SVG连接电感的参数选择是从谐波特性和经济性的角度，取其电感标幺值为0.2-0.5，没有实际的理论计算依据。

本案正是针对目前的技术空白而提出。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种静止无功发生器连接电感的计算方法，其针对当前高压大容量静止无功发生器连接电感参数选择依靠经验取值的不足，提供实用的理论计算依据，具有很高的设计指导意义。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种静止无功发生器连接电感的计算方法，所述静止无功发生器包含三个连接电感、一个直流电容和六个阀单元，其中，六个阀单元两两一组串联，形成的三条串联支路再并联；三个连接电感的一端分别与***母线的一相相连，另一端分别与前述三条串联支路中两个阀单元的连接点相连；而直流电容与前述三条串联支路并联；所述计算方法包括如下步骤：

（1）根据公式确定静止无功发生器空载时的调制比m₀，其中，U_dc为静止无功发生器正常运行时的直流侧电压，U_s为***母线电压；

（2）确定静止无功发生器输出最大无功时的调制比为m_max；

（3）根据公式计算满足无功输出要求的连接电感L的电感值，其中，Q_n为SVG装置额定容量，ω=2πf，f为***频率。

上述计算方法在步骤（3）后还包括步骤（4），验证步骤（3）计算出的连接电感值是否满足谐波抑制和瞬态电流跟踪要求，验证公式为：

$\frac{(1-0.75m_0)U_s^2}{\mathrm{\&Delta;}{I}_p\%f_s{Q}_n}<L<\frac{4U_s^2}{3m_0\mathrm{\&omega;}{Q}_n}$

其中，ΔI_p%为静止无功发生器电流允许波动的百分比，f_s为静止无功发生器开关频率。

采用上述方案后，本发明适用于高压大容量静止无功发生器连接电感参数选择，提供实用的理论计算依据，具有很高的设计指导意义，避免了因按照经验方法得到的电感参数偏小导致SVG输出电流谐波偏大的情况的出现；防止由于按照经验方法得到的电感参数偏大导致SVG无法输出额定容量无功；为高压大容量静止无功发生装置在现场稳定可靠的运行提供必要的条件。

附图说明

图1是高压大容量静止无功发生器的连接示意图；

图2是图1中任一阀单元的组成电路图；

图3是静止无功发生器接入***的单相等效图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种静止无功发生器连接电感的计算方法，结合图3所示，是SVG接入***的单相等效图，其中，U_s为***母线电压，U_r为SVG输出基波电压，L为连接电感，Q为SVG输出功率，假设U_s和U_r间的相位差为δ，对于SVG，δ一般不超过3°，即cosδ≈1，以下进行分析计算：

（1）SVG输出基波电压U_r：

$U_r=m\frac{U_{\mathrm{dc}}}{2\sqrt{2}}$

其中，m为调制比，U_dc为静止无功发生器正常运行时的直流侧电压；

（2）SVG输出功率Q：

$Q=\frac{U_s(U_r\cos \mathrm{\&delta;}-U_s)}{X_L}\&ap;\frac{U_s(U_r-U_s)}{X_L}$

其中，X_L表示连接电感的工频电抗，X_L=ωL，ω表示角频率。

（3）根据SVG正常运行时的直流侧电压U_dc和***母线电压U_s确定SVG空载时的调制比m₀：

$m_0=\frac{2\sqrt{2}\&times;U_s}{\sqrt{3}\&times;U_{\mathrm{dc}}}$

（4）假设SVG可以输出的最大无功为1.2倍的额定无功，输出最大无功时的调制比为m_max，则有：

$Q_{\max }=1.2Q_n=\frac{U_s(m_{\max }\frac{\sqrt{3}{U}_{\mathrm{dc}}}{2\sqrt{2}}-U_s)}{\mathrm{\&omega;L}}$

其中，Q_n为SVG装置额定容量，ω=2πf，f为***频率，取值50Hz；SPWM时，m_max=1，SVPWM时，m_max=1.15；

（5）将m₀代入Q_max，得：

$1.2Q_n=(\frac{m_{\max }}{m_0}-1)\frac{U_s^2}{\mathrm{\&omega;L}}$

（6）因此，最终的连接电感L的电感值为：

$L=(\frac{m_{\max }}{m_0}-1)\&times;\frac{U_s^2}{1.2\mathrm{\&omega;}{Q}_n}$

（7）验证：许多文献中给出的满足谐波抑制和瞬态电流跟踪要求的连接电感取值范围为：

$\frac{(1-0.75m_0)U_s^2}{\mathrm{\&Delta;}{I}_p\%f_s{Q}_n}<L<\frac{4U_s^2}{3m_0\mathrm{\&omega;}{Q}_n}$

其中，ΔI_p%为SVG电流允许波动的百分比，f_s为静止无功发生器开关频率。

对于10kV高压大容量SVG，直流电压取18kV，得m₀=0.9，m_max=1.15，开关频率1950，ΔI_p%=0.2，所以：

L与上限之比：

$L/\frac{4U_s^2}{3m_0\mathrm{\&omega;}{Q}_n}=\frac{m_{\max }-m_0}{1.6}=0.156<1$

L与下限之比：

$L/\frac{(1-0.75m_0)U_s^2}{\mathrm{\&Delta;}{I}_p\%f_s{Q}_n}=\frac{(m_{\max }-m_0)\mathrm{\&Delta;}{I}_p\%f_s}{2.4\mathrm{\&pi;}{m}_0(1-0.75m_0)f}=1.77>1$

因此，证明了计算出的电感值是满足谐波抑制和瞬态电流跟踪要求的。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种静止无功发生器连接电感的计算方法，所述静止无功发生器包含三个连接电感、一个直流电容和六个阀单元，其中，六个阀单元两两一组串联，形成的三条串联支路再并联；三个连接电感的一端分别与***母线的一相相连，另一端分别与前述三条串联支路中两个阀单元的连接点相连；而直流电容与前述三条串联支路并联；其特征在于所述计算方法包括如下步骤：

(1)根据公式确定静止无功发生器空载时的调制比m₀，其中，U_dc为静止无功发生器正常运行时的直流侧电压，U_s为***母线电压；

(2)确定静止无功发生器输出最大无功时的调制比为m_max；

(3)根据公式计算满足无功输出要求的连接电感L的电感值，其中，Q_n为SVG装置额定容量，ω＝2πf，f为***频率；

(4)验证步骤(3)计算出的连接电感值是否满足谐波抑制和瞬态电流跟踪要求，验证公式为：

$\frac{(1-0.75m_0)U_s^2}{{\mathrm{\&Delta;I}}_p{\mathrm{\%f}}_s{Q}_n}<L<\frac{4U_s^2}{3m_0{\mathrm{\&omega;Q}}_n}$

其中，ΔI_p％为静止无功发生器电流允许波动的百分比，f_s为静止无功发生器开关频率。