SVG装置中优化PWM控制方法研究
目 录
1. 绪论 1
1.1 无功功率与谐波的产生及危害 1
1.2 治理无功功率与谐波的方法 2
1.3 无功补偿与谐波治理的现状 3
1.4 静止无功发生器（SVG）的基本原理 4
1.5 论文的主要研究内容 5
2. 低压SVG优化PWM控制原理分析 6
2.1 SVG工作原理及谐波检测方法概述 6
2.2 SVG装置常用的PWM控制方法 7
2.2.1 三角波比较方式 9
2.3 空间矢量PWM控制策略研究 10
2.3.1 空间电压矢量状态 11
2.3.2基于空间电压矢量的电流滞环控制策略及其特征分析 14
2.3.3谐波补偿的分析 16
3.仿真 19
3.1 仿真软件介绍 19
3.2 仿真参数模型 19
3.3 仿真结果 20
4. SVG装置实验波形分析 23
4.1 实验系统介绍 23
4.2 实验波形分析 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1. 绪论
1.1 无功功率与谐波的产生及危害
A.无功功率的产生及危害
作为比较抽象概念的无功功率，它应用于电路内电场与磁场，还有的作用就是在电气设备中成立并且维持磁场的电功率[1]。
无功功率对供、用电产生一定程度的不良影响，主要体现在：
（1）对于发电机有功的输 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
出，将会降低。
（2）导致输电设备与变电设备的提供电力的能力的降低。
（3）增加了路线电压亏损和电能消费。
（4）使运行和电压的功率因素降低，使电气设备容量不能充分发挥。
B.谐波的产生与危害
电网的谐波成分主要是由电力和用电设备产生的。在正弦电压的非线性负载上流过负载和电压的外观是非线性的电流限制，这将是一个非正弦电流的形成。它产生的谐波有三个层面：第一点是由于发电的质量太低了从而产生；第二点是电力传输和分配系统经常产生；第三是电气设备的谐波的产生[2]。
（1）发电机的三相绕组绝对对称是很难实现的，其铁芯是难以完全一致，所以会产生一定的谐波发生器，然而这种频率只会决定于发电机自己的结构和运行发生的状况，跟负荷是没有一丝联系的[3]。在发电这流程中，改变发电机的布局和连接后，发电机的输出电压是有基波频率的正弦波。
（2）变压器发生谐波，是因为变电器铁芯的饱和，而且还不是线性曲线，如许被磁化的电流呈尖塔波形，从而就会具有高次谐波。
（3）谐波的产生是通过连接各种非线性负荷的电力系统产生的。
谐波对电力系统中的别的用电设备产生影响，尤其严重的是精密设备，其风险主要体现在下面的几个方面：
(1) 电容器与电网在无功补偿谐波会引起串并联谐振。放大谐波电流，如许造成过量电流，从而导致损坏了电容器、电抗器和电阻器。
(2) 因为设备产生了谐波，是电网系统发生了负荷，从而产生了线损。在三相四线制系统中，造成零线过热的原因是中线同过三次及三次以上倍数的电流。
(3)无用的谐波会因为产生无用的热量从而使输电设备产生老化，效率降低，影响输电设备的正常使用。
(4) 谐波会产生电磁感应，从而对邻近的电子设备产生干扰，有时候严重的情况下还会引起误干扰，是设备误动作。
(5) 目前电能测量仪表叫做电度表，这种测量仪表是须要在弦波情况下校验的，如许的谐波就会使仪表产生测量误差。
1.2 治理无功功率与谐波的方法
当今社会治理无功功率与谐波的两种途径有下面两种：主动型：为了让不产生谐波，自己改造电力设备的配置，且使功率成分可控制为1，但这种方法只适用主要的谐波；被动型：装谐波补偿配置来治理无功功率与谐波，至于采取哪种路子，应凭借经济效益来决定。别的对已经投入工作的装配就只能通过加静止无功发生器来实现。如图1-2 为静止无功发生器原理图。
图1-2 静止无功发生器
主动型的变流器谐波抑制方案主要有以下几种：
(1) 多重化技术
是一种由多个方波叠加消除低频率的方法，使波形的形状是越来越像梯形状。波形越靠近正弦波，固然电路布局也越庞大。所以这种要领一般只用于大容量场合。如果它能与PWM技术合作，可以得到更好的结果。
(2) 多脉整流和准多脉整流
操纵变压器的有差异连接的移相作用与一般整流电路联合，可以组成多脉整流；多相脉冲整流和移相控制可以由准多脉波整流。在理论上，但脉冲个数越大，对无功功率的抑制作用更佳，但脉冲个数越多，变压器的连接更复杂、体积较大，成本较高，因此脉冲数并不是越大越好。
(3) 脉宽调制（PWM）技术
可以利用功率因数来改善技术，目的是消除电网的谐波，但是这种情况只能在中小功率下。因为如果采取中高频率的话，虽然不要使用变压器，但成本会大大提高。
谐波抑制的被动方式的补偿配置安装。
装设谐波补偿配置的传统方式便是LC调谐滤波器[3]。当负载吸收感性无功时，则应并联相应容量的电容器，使它吸收一定量的容性无功，使无功功率仅在补偿电容器和负载之间流动，电网仅输出负载所需的有功功率；同样当负载吸收容性无功时，补偿装置应呈现感性，以补偿负载所需的无功功率。若要消除第n次谐波电流，则使一条LC并联支路在此次谐波频率处产生并联谐振，此电路对第n次谐波电流阻抗为零，从而负载所需的n次谐波电流经此LC谐振支路而不流经电网，实现了消除电网侧电流中的n次谐波分量。要补偿不同次数的谐波电流，就应设置相应数量的LC支路。可见LC无源补偿装置仅对特定的负载进行有效的无功电流和谐波电流补偿。当负载动态变化时，则会发生欠补偿和过补偿，使补偿效果下降；补偿特性受电网阻抗影响较大；在特定频率下，电网阻抗和LC无源滤波器之间可能发生并联谐振，使该频率的谐波电流被放大，或者发生串联谐振，使电源侧可能存在的谐波电压向LC滤波器注入较大的谐波电流；当接在电网的其它谐波源未采取滤波措施时，其谐波电流可能注入该LC滤波器中，造成电流过载[4]。
我国在SVG方面的研究起步较晚，采用的谐波和无功电流检测方法的精度与响应时间尚存不足，补偿效果不理想[5]。近年来，高校和研究机构围绕低压SVG发展了一定的应用研究与国外的实际应用有很大的差距[6]。
1.3 无功补偿与谐波治理的现状
无功补偿与谐波治理在电力系统种有着重要定义。由于增加了大量非线性负荷，使电网功率因数降低了[7]。这种功率因数太低，会导致大量电能浪费；然而谐波的存在将会导致波形畸变，负载的降低和产生谐振。
混合型静止补偿器
静止无功补偿器（ASVG）
在这种控制方式中，对与滞环的宽度，补偿电流有较大的影响。当H较大时，开关的频率低了，对系统要求不高，谐波变大。反之，当H较小时，频率变大，谐波变小。
1. 绪论 1
1.1 无功功率与谐波的产生及危害 1
1.2 治理无功功率与谐波的方法 2
1.3 无功补偿与谐波治理的现状 3
1.4 静止无功发生器（SVG）的基本原理 4
1.5 论文的主要研究内容 5
2. 低压SVG优化PWM控制原理分析 6
2.1 SVG工作原理及谐波检测方法概述 6
2.2 SVG装置常用的PWM控制方法 7
2.2.1 三角波比较方式 9
2.3 空间矢量PWM控制策略研究 10
2.3.1 空间电压矢量状态 11
2.3.2基于空间电压矢量的电流滞环控制策略及其特征分析 14
2.3.3谐波补偿的分析 16
3.仿真 19
3.1 仿真软件介绍 19
3.2 仿真参数模型 19
3.3 仿真结果 20
4. SVG装置实验波形分析 23
4.1 实验系统介绍 23
4.2 实验波形分析 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1. 绪论
1.1 无功功率与谐波的产生及危害
A.无功功率的产生及危害
作为比较抽象概念的无功功率，它应用于电路内电场与磁场，还有的作用就是在电气设备中成立并且维持磁场
无功功率对供、用电产生一定程度的不良影响，主要体现在：
（1）对于发电机有功的输 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
出，将会降低。
（2）导致输电设备与变电设备的提供电力的能力的降低。
（3）增加了路线电压亏损和电能消费。
（4）使运行和电压的功率因素降低，使电气设备容量不能充分发挥。
B.谐波的产生与危害
电网的谐波成分主要是由电力和用电设备产生的。在正弦电压的非线性负载上流过负载和电压的外观是非线性的电流限制，这将是一个非正弦电流的形成。它产生的谐波有三个层面：第一点是由于发电的质量太低了从而产生；第二点是电力传输和分配系统经常产生；第三是电气设备的谐波的产生[2]。
（1）发电机的三相绕组绝对对称是很难实现的，其铁芯是难以完全一致，所以会产生一定的谐波发生器，然而这种频率只会决定于发电机自己的结构和运行发生的状况，跟负荷是没有一丝联系的[3]。在发电这流程中，改变发电机的布局和连接后，发电机的输出电压是有基波频率的正弦波。
（2）变压器发生谐波，是因为变电器铁芯的饱和，而且还不是线性曲线，如许被磁化的电流呈尖塔波形，从而就会具有高次谐波。
（3）谐波的产生是通过连接各种非线性负荷的电力系统产生的。
谐波对电力系统中的别的用电设备产生影响，尤其严重的是精密设备，其风险主要体现在下面的几个方面：
(1) 电容器与电网在无功补偿谐波会引起串并联谐振。放大谐波电流，如许造成过量电流，从而导致损坏了电容器、电抗器和电阻器。
(2) 因为设备产生了谐波，是电网系统发生了负荷，从而产生了线损。在三相四线制系统中，造成零线过热的原因是中线同过三次及三次以上倍数的电流。
(3)无用的谐波会因为产生无用的热量从而使输电设备产生老化，效率降低，影响输电设备的正常使用。
(4) 谐波会产生电磁感应，从而对邻近的电子设备产生干扰，有时候严重的情况下还会引起误干扰，是设备误动作。
(5) 目前电能测量仪表叫做电度表，这种测量仪表是须要在弦波情况下校验的，如许的谐波就会使仪表产生测量误差。
1.2 治理无功功率与谐波的方法
当今社会治理无功功率与谐波的两种途径有下面两种：主动型：为了让不产生谐波，自己改造电力设备的配置，且使功率成分可控制为1，但这种方法只适用主要的谐波；被动型：装谐波补偿配置来治理无功功率与谐波，至于采取哪种路子，应凭借经济效益来决定。别的对已经投入工作的装配就只能通过加静止无功发生器来实现。如图1-2 为静止无功发生器原理图。
图1-2 静止无功发生器
主动型的变流器谐波抑制方案主要有以下几种：
(1) 多重化技术
是一种由多个方波叠加消除低频率的方法，使波形的形状是越来越像梯形状。波形越靠近正弦波，固然电路布局也越庞大。所以这种要领一般只用于大容量场合。如果它能与PWM技术合作，可以得到更好的结果。
(2) 多脉整流和准多脉整流
操纵变压器的有差异连接的移相作用与一般整流电路联合，可以组成多脉整流；多相脉冲整流和移相控制可以由准多脉波整流。在理论上，但脉冲个数越大，对无功功率的抑制作用更佳，但脉冲个数越多，变压器的连接更复杂、体积较大，成本较高，因此脉冲数并不是越大越好。
(3) 脉宽调制（PWM）技术
可以利用功率因数来改善技术，目的是消除电网的谐波，但是这种情况只能在中小功率下。因为如果采取中高频率的话，虽然不要使用变压器，但成本会大大提高。
谐波抑制的被动方式的补偿配置安装。
装设谐波补偿配置的传统方式便是LC调谐滤波器[3]。当负载吸收感性无功时，则应并联相应容量的电容器，使它吸收一定量的容性无功，使无功功率仅在补偿电容器和负载之间流动，电网仅输出负载所需的有功功率；同样当负载吸收容性无功时，补偿装置应呈现感性，以补偿负载所需的无功功率。若要消除第n次谐波电流，则使一条LC并联支路在此次谐波频率处产生并联谐振，此电路对第n次谐波电流阻抗为零，从而负载所需的n次谐波电流经此LC谐振支路而不流经电网，实现了消除电网侧电流中的n次谐波分量。要补偿不同次数的谐波电流，就应设置相应数量的LC支路。可见LC无源补偿装置仅对特定的负载进行有效的无功电流和谐波电流补偿。当负载动态变化时，则会发生欠补偿和过补偿，使补偿效果下降；补偿特性受电网阻抗影响较大；在特定频率下，电网阻抗和LC无源滤波器之间可能发生并联谐振，使该频率的谐波电流被放大，或者发生串联谐振，使电源侧可能存在的谐波电压向LC滤波器注入较大的谐波电流；当接在电网的其它谐波源未采取滤波措施时，其谐波电流可能注入该LC滤波器中，造成电流过载[4]。
我国在SVG方面的研究起步较晚，采用的谐波和无功电流检测方法的精度与响应时间尚存不足，补偿效果不理想[5]。近年来，高校和研究机构围绕低压SVG发展了一定的应用研究与国外的实际应用有很大的差距[6]。
1.3 无功补偿与谐波治理的现状
无功补偿与谐波治理在电力系统种有着重要定义。由于增加了大量非线性负荷，使电网功率因数降低了[7]。这种功率因数太低，会导致大量电能浪费；然而谐波的存在将会导致波形畸变，负载的降低和产生谐振。
混合型静止补偿器
静止无功补偿器（ASVG）
在这种控制方式中，对与滞环的宽度，补偿电流有较大的影响。当H较大时，开关的频率低了，对系统要求不高，谐波变大。反之，当H较小时，频率变大，谐波变小。
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