2024年5月16日发(作者：谏子爱)
维普资讯
基于ＩＧＢＴ的新型静止无功发生装置
章心因江苏南京工程学院电力工程系 ２１ ＯＯ１ ５
２ ＡＳＶＧ的拓补结构
耗基本 变，故改变移相角５可以调节负载
无功功率是电力系统的重要参数．研制出快
消耗的有功功率，从而迫使伍载电压改变；
速、灵活 能在正负两个方向调节无功的装
ｊＸｌ ｊｘ２
逆变桥提供或吸收一定的无功以保汪负载电
置，对保证供电质量有很大意艾 新型静止无
恒定。
功发生装置（Ａ Ｓ ＶＧ）是柔性交流输电技术
稳态运行时，逆变桥仅从电网吸收少量
（ＦＡＣＴＳ）的核心装置，可有效防止大型电网在
的有功术补偿损耗，债载电压恒定。电网电压
无功不足状态下，固电压不稳追成的电网崩
清｛分析了ＡＳＶＧ的结构厦其原理井进行了仿
偏低时ｆ即Ｖ．．＜Ｖ． ），逆变桥瞬时向负戴
真
提供其所需有功的差额，直流电容放电，南公
图２单相等值电路
式（１）知此时应增大６角以使电网提供更多
ＡＳＶＧ装置由：ｉ部分组成：ＩＧＢＴ器件构
有功，而逆变桥消耗的何功近似为零，因此负
成的二丰【１桥式电压 逆变桥、驱动梗块及控
载的有功增加，电压上丁ｆ，逆变桥直流电容将
制系统（如【生ｆ ｌ所示） 适当控制ＩＧＢＴ的通
被充电，育至电压Ｖ 增加到需垂的值，任此
Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉ８ ａｎ ｉｍｐｏｒｔ＆ｎｔ ｐ＆ｒ＆ｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ
断，可改变ＡＳＶＧ的运行状态为感性、容性
期间，负载电压维持恒定。１刮理，电网电压过
ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ Ｃ＆ｒｌ
肢阳．性。逆变桥并联在负载侧，如能保证逆
高时，直流电容｝皮充电，直流ｆｌ！ＩＪ电压升高，
ｃＯｍｐｅｎｓａｔｅ ｒｅ＆ｃ￥ｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉｎｓｔ＆ｎｔｌｙ ｉ８ ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ
变桥直流电容的电压稳定，并采用适当的控
减小６角以减少电网提供的有功，负载电压
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅ Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔａｔｉｃ ＶＡＲ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
制使逆变桥的输出近似为＿＿二相正弦正序电压
降低，逆变桥直流电容放电。
（ＡＳＶＧ）｛８ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ
时，即 ｆ保证用户的电压质量Ｉ Ｉ。
３．２无功功率调节
ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡＳＶＧ ｉｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ｝ｎ
３ ＡＳＶＧ的机理分析
ＡＳＶＧ调节无功功率与凋节负荷电压的机
ｐｅｒＶｅｒｔ｝ｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｗｈｉｃｈ Ｉｓ（；＆ＵＳｅｄ
３．ｉ调压机理分析
ｂｙ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ
理相辅相成。无功政变必然引起负荷电压的
图２为ＡＳＶＣ的单相等值电路。其中Ｖ
Ｉａｃｋ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＡＳＶＧ｝８
变化。若Ｖ． 比Ｖ 稍小或者相等，则交流
口ｒ０Ｄｏｓｅｄ ｈｅｒｅ．｝ｔ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｌｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＶＧ
为交流系统电源相电压，Ｖ； 为逆变桥输出端
电源的输入功率因数接近恒定并滞后；若Ｖ．
ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
电压基波分量。为了减小谐波，逆变桥通过
比Ｖ…稍大则输入助率冈数的值将儿乎为１，
低通滤波器Ｘ１ Ｘ２分别与系统和负载棚连
并日．超前。当控制 较小时，系统侧注入伍
ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏ￣ｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔｅａｄｙ｛ＦＡＣＴＳ；
电网向债载干Ｉ】补偿器输出的有功功率为：
荷侧有功功率减小。使负荷端电压降低，系
ＡＳＶ０
ｆ一
统有功平衡，此时，补偿器向系统注入容性
一 ｓｉｎ ６（１），输入逆变桥的有
Ｉ
尢助，功率冈数滞后； 理，当控制６较
１引言
功功率为电网输出有功功率Ｐ 与负载消耗的
大时，系统侧注入仃ｌ荷侧的有功功率增加。
Ｊ系统沣人感性７己
随着电力电子技术的发展，绝缘栅双极
有功功率之差额，由于稳态运行时滤波器损
负荷端电压增加，补偿器ｒ口
晶体管ＩＧＢＴ的容量和耐压有ｒ较人突破。由
丁ＩＧＢＴ属于金控型器件，因此ＩＧＢＴ构成的
新型无功电源具有可靠性高、体积小、控制
灵活、调节抱围：火等特点，这就是新型的无
功补偿器ＡＳＶＧ（Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔａｔｉｃ ＶＡＲ
Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。该装置通过控制ＩＧＢＴ的通
断，伍三相之『日Ｊ实现能量交换，从而产生所
需无功。ＡＳＶＧ感性和容性运行状态均连续
快速可调，具有广泛的发展前途 本文着重
分析ＡＳＶＧ的稳态工作原理，并进行了稳态
运行各种状态的仿真。
图１ ＡＳＶＧ装置拓扑结构
２９９
＝
功，功率凼数超前，从而起列调节负荷功率 执得无功功率补偿
维普资讯
ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴｔＯＮ Ｄｅｃ．２００６
数的作用 Ｉ。
５结论
ＡＳＶＧ装置不仅具自‘补偿无功功率的功
［１】Ｌ．Ｓａｌａｉａｒ．Ｇ－．Ｊｏｏｓ．ＰＳＰＩＣ５ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｔｈｒｅｅ－Ｐｈ＆ｓｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ
Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ＩＥＥＥ １ ９９０
４ ＡＳＶＧ控制系统原理与仿真
４．１丰｝Ｉ移控制系统
能，而且可以凋节 荷电压，使仍荷电压保
持稳定。需要注意的是，ＡＳＶＧ调节负荷电
压与以往 同，不是通过调节无功功书ｌ 是
通过调节何功功率来实现的。ＡＳＶＧ装置调
３给 了ＡＳＶＧ的６相移控制环节的框
图。其原理是使计数器循环控制ＥＰＲＯＭ，
ＥＰＲＯＭ内固化特定消谐ＰｗＭ脉宽 制模式，
［２】骆济寿，王莹，纪延超．由ＧＴ０构成
的电力系统无功电源．全国高等院校电力系
统及其自动化专业第七届学术年会论文集
章心因【１ ９ ７ ８一），男，硕士，助教
研究方向为电力电子及电力传动
通过循环寻址，实现ＰＷＭ脉ｆ巾序列输 。
采用Ｐ１ 环控制，交流侧输入电压和逆变
器输出电压之差作为ＰＩ控制器输入量，同时交
节无功功率及负荷电压具有反应灵敏、调节
快速的优点，有广阔的发展和 用前途。
流侧电压输入锯齿波发 器产生同步的锯齿波
信号，ＰＩ控制器的输出量与锯齿波信号通过比
较器比较后，产生随系统电压和逆变器输出电
压之差成线性变化的可移相办波信号，此方波
信号通过触发器一计数器，ＥＰＲ０Ｍ一驱动电
路控制主桥路的ＩＧＢＴ输出从而实现６角的调
节改变ＡＳＶＧ输出端无功功率的人小千¨极性。
４．２加入挖制环节后的仿真与分析
仇荷为二相平衡感性龟找，电感
＝
８ｍＨ，电 ２￡】，功率网数一０．６２３；系
统侧一阶低通滤波器，电感一ｌｍＨ，电阻－＝－一０．
１【２；ＡＳＶＧ输出侧一阶低通滤波器，电感
＝
图３相移控制系统
ｎ ４ ∞ ∞ Ｏ ｔ ｑ ∞
５ｒｏｔ．Ｉ，电阻＝０．２ 系统线电压３８０Ｖ，
、 批 Ⅲ 。 撕 ．
Ｓ－３０ｋＷ
罔４所示为系统电压偏低时负荷电压。
初始时；ｆｌＪ负荷电压偏低，此时控制６角增
大，使电网提供的有功增力Ｉｌ，债荷电压上
升，并摹本维持在３００Ｖ左 。此时逆变器
的直流侧电容被充电，如图ａ所示。
图５所示为系统电压偏高时 荷电Ｊ玉。
初始时刻负荷的电压硝稍偏高，摔制６角减
小，使电网提供的有功减少，负荷电压降
（ａ）直流侧电压
（ｂ）负荷电压
图４系统电压偏低时负荷电压波形
低，基本维持在３００Ｖ左右。此时逆变器流
侧电容放电，如图ａ所示。
图６所永为感性负荷。若术加控制系
统，则如图７所示，系统侧电压与电流的相
他不同，表现为提供感性无功 若加摔制使
角增大，则如图８所示，系统侧注入 荷侧
的有功增加，以使洼入系统的有功与负荷吸
收的有功相平衡，此时，补偿嚣向系统注入
■
（ａ）蛮流侧电压
ｆｂ）负葡电压
感性无功功率，功率因数为超前的功率闻
数。而系统则因此变成无功功率平衡， 荷
图５系统电压偏高时负荷电压波形
图６感性负荷
图７未加控制系统
图８加控制系统后
2024年5月16日发(作者：谏子爱)
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基于ＩＧＢＴ的新型静止无功发生装置
章心因江苏南京工程学院电力工程系 ２１ ＯＯ１ ５
２ ＡＳＶＧ的拓补结构
耗基本 变，故改变移相角５可以调节负载
无功功率是电力系统的重要参数．研制出快
消耗的有功功率，从而迫使伍载电压改变；
速、灵活 能在正负两个方向调节无功的装
ｊＸｌ ｊｘ２
逆变桥提供或吸收一定的无功以保汪负载电
置，对保证供电质量有很大意艾 新型静止无
恒定。
功发生装置（Ａ Ｓ ＶＧ）是柔性交流输电技术
稳态运行时，逆变桥仅从电网吸收少量
（ＦＡＣＴＳ）的核心装置，可有效防止大型电网在
的有功术补偿损耗，债载电压恒定。电网电压
无功不足状态下，固电压不稳追成的电网崩
清｛分析了ＡＳＶＧ的结构厦其原理井进行了仿
偏低时ｆ即Ｖ．．＜Ｖ． ），逆变桥瞬时向负戴
真
提供其所需有功的差额，直流电容放电，南公
图２单相等值电路
式（１）知此时应增大６角以使电网提供更多
ＡＳＶＧ装置由：ｉ部分组成：ＩＧＢＴ器件构
有功，而逆变桥消耗的何功近似为零，因此负
成的二丰【１桥式电压 逆变桥、驱动梗块及控
载的有功增加，电压上丁ｆ，逆变桥直流电容将
制系统（如【生ｆ ｌ所示） 适当控制ＩＧＢＴ的通
被充电，育至电压Ｖ 增加到需垂的值，任此
Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉ８ ａｎ ｉｍｐｏｒｔ＆ｎｔ ｐ＆ｒ＆ｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ
断，可改变ＡＳＶＧ的运行状态为感性、容性
期间，负载电压维持恒定。１刮理，电网电压过
ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ Ｃ＆ｒｌ
肢阳．性。逆变桥并联在负载侧，如能保证逆
高时，直流电容｝皮充电，直流ｆｌ！ＩＪ电压升高，
ｃＯｍｐｅｎｓａｔｅ ｒｅ＆ｃ￥ｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉｎｓｔ＆ｎｔｌｙ ｉ８ ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ
变桥直流电容的电压稳定，并采用适当的控
减小６角以减少电网提供的有功，负载电压
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅ Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔａｔｉｃ ＶＡＲ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
制使逆变桥的输出近似为＿＿二相正弦正序电压
降低，逆变桥直流电容放电。
（ＡＳＶＧ）｛８ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ
时，即 ｆ保证用户的电压质量Ｉ Ｉ。
３．２无功功率调节
ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡＳＶＧ ｉｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ｝ｎ
３ ＡＳＶＧ的机理分析
ＡＳＶＧ调节无功功率与凋节负荷电压的机
ｐｅｒＶｅｒｔ｝ｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｗｈｉｃｈ Ｉｓ（；＆ＵＳｅｄ
３．ｉ调压机理分析
ｂｙ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ
理相辅相成。无功政变必然引起负荷电压的
图２为ＡＳＶＣ的单相等值电路。其中Ｖ
Ｉａｃｋ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＡＳＶＧ｝８
变化。若Ｖ． 比Ｖ 稍小或者相等，则交流
口ｒ０Ｄｏｓｅｄ ｈｅｒｅ．｝ｔ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｌｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＶＧ
为交流系统电源相电压，Ｖ； 为逆变桥输出端
电源的输入功率因数接近恒定并滞后；若Ｖ．
ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
电压基波分量。为了减小谐波，逆变桥通过
比Ｖ…稍大则输入助率冈数的值将儿乎为１，
低通滤波器Ｘ１ Ｘ２分别与系统和负载棚连
并日．超前。当控制 较小时，系统侧注入伍
ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏ￣ｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔｅａｄｙ｛ＦＡＣＴＳ；
电网向债载干Ｉ】补偿器输出的有功功率为：
荷侧有功功率减小。使负荷端电压降低，系
ＡＳＶ０
ｆ一
统有功平衡，此时，补偿器向系统注入容性
一 ｓｉｎ ６（１），输入逆变桥的有
Ｉ
尢助，功率冈数滞后； 理，当控制６较
１引言
功功率为电网输出有功功率Ｐ 与负载消耗的
大时，系统侧注入仃ｌ荷侧的有功功率增加。
Ｊ系统沣人感性７己
随着电力电子技术的发展，绝缘栅双极
有功功率之差额，由于稳态运行时滤波器损
负荷端电压增加，补偿器ｒ口
晶体管ＩＧＢＴ的容量和耐压有ｒ较人突破。由
丁ＩＧＢＴ属于金控型器件，因此ＩＧＢＴ构成的
新型无功电源具有可靠性高、体积小、控制
灵活、调节抱围：火等特点，这就是新型的无
功补偿器ＡＳＶＧ（Ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔａｔｉｃ ＶＡＲ
Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。该装置通过控制ＩＧＢＴ的通
断，伍三相之『日Ｊ实现能量交换，从而产生所
需无功。ＡＳＶＧ感性和容性运行状态均连续
快速可调，具有广泛的发展前途 本文着重
分析ＡＳＶＧ的稳态工作原理，并进行了稳态
运行各种状态的仿真。
图１ ＡＳＶＧ装置拓扑结构
２９９
＝
功，功率凼数超前，从而起列调节负荷功率 执得无功功率补偿
维普资讯
ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴｔＯＮ Ｄｅｃ．２００６
数的作用 Ｉ。
５结论
ＡＳＶＧ装置不仅具自‘补偿无功功率的功
［１】Ｌ．Ｓａｌａｉａｒ．Ｇ－．Ｊｏｏｓ．ＰＳＰＩＣ５ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｔｈｒｅｅ－Ｐｈ＆ｓｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ
Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ＩＥＥＥ １ ９９０
４ ＡＳＶＧ控制系统原理与仿真
４．１丰｝Ｉ移控制系统
能，而且可以凋节 荷电压，使仍荷电压保
持稳定。需要注意的是，ＡＳＶＧ调节负荷电
压与以往 同，不是通过调节无功功书ｌ 是
通过调节何功功率来实现的。ＡＳＶＧ装置调
３给 了ＡＳＶＧ的６相移控制环节的框
图。其原理是使计数器循环控制ＥＰＲＯＭ，
ＥＰＲＯＭ内固化特定消谐ＰｗＭ脉宽 制模式，
［２】骆济寿，王莹，纪延超．由ＧＴ０构成
的电力系统无功电源．全国高等院校电力系
统及其自动化专业第七届学术年会论文集
章心因【１ ９ ７ ８一），男，硕士，助教
研究方向为电力电子及电力传动
通过循环寻址，实现ＰＷＭ脉ｆ巾序列输 。
采用Ｐ１ 环控制，交流侧输入电压和逆变
器输出电压之差作为ＰＩ控制器输入量，同时交
节无功功率及负荷电压具有反应灵敏、调节
快速的优点，有广阔的发展和 用前途。
流侧电压输入锯齿波发 器产生同步的锯齿波
信号，ＰＩ控制器的输出量与锯齿波信号通过比
较器比较后，产生随系统电压和逆变器输出电
压之差成线性变化的可移相办波信号，此方波
信号通过触发器一计数器，ＥＰＲ０Ｍ一驱动电
路控制主桥路的ＩＧＢＴ输出从而实现６角的调
节改变ＡＳＶＧ输出端无功功率的人小千¨极性。
４．２加入挖制环节后的仿真与分析
仇荷为二相平衡感性龟找，电感
＝
８ｍＨ，电 ２￡】，功率网数一０．６２３；系
统侧一阶低通滤波器，电感一ｌｍＨ，电阻－＝－一０．
１【２；ＡＳＶＧ输出侧一阶低通滤波器，电感
＝
图３相移控制系统
ｎ ４ ∞ ∞ Ｏ ｔ ｑ ∞
５ｒｏｔ．Ｉ，电阻＝０．２ 系统线电压３８０Ｖ，
、 批 Ⅲ 。 撕 ．
Ｓ－３０ｋＷ
罔４所示为系统电压偏低时负荷电压。
初始时；ｆｌＪ负荷电压偏低，此时控制６角增
大，使电网提供的有功增力Ｉｌ，债荷电压上
升，并摹本维持在３００Ｖ左 。此时逆变器
的直流侧电容被充电，如图ａ所示。
图５所示为系统电压偏高时 荷电Ｊ玉。
初始时刻负荷的电压硝稍偏高，摔制６角减
小，使电网提供的有功减少，负荷电压降
（ａ）直流侧电压
（ｂ）负荷电压
图４系统电压偏低时负荷电压波形
低，基本维持在３００Ｖ左右。此时逆变器流
侧电容放电，如图ａ所示。
图６所永为感性负荷。若术加控制系
统，则如图７所示，系统侧电压与电流的相
他不同，表现为提供感性无功 若加摔制使
角增大，则如图８所示，系统侧注入 荷侧
的有功增加，以使洼入系统的有功与负荷吸
收的有功相平衡，此时，补偿嚣向系统注入
■
（ａ）蛮流侧电压
ｆｂ）负葡电压
感性无功功率，功率因数为超前的功率闻
数。而系统则因此变成无功功率平衡， 荷
图５系统电压偏高时负荷电压波形
图６感性负荷
图７未加控制系统
图８加控制系统后