基于晶闸管的静止无功发生器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子静止无功发生器技术。
【背景技术】
[0002] 与静止无功补偿装置（SVC)相比，由于静止无功发生器（SVG)具有体积小、重量 轻、调节速度快、运行范围宽、谐波含量低等优点，自上世纪八十年代投入商业运行以来，得 到了迅速应用和发展。但另一方面，由于SVG的控制系统和控制方法比SVC复杂，主回路开 关器件需使用全控型器件，且器件数量多、容量大，所以其价格仍比使用晶闸管的SVC高得 多，价格的劣势也制约了SVG发展的进程。
[0003]SVG应用的初期，曾经在很短的时期内采用过晶闸管作为主开关器件，但随着电力 电子器件的发展，门极关断（GT0)晶闸管等全控型器件出现后，SVG毫无例外地采用了全控 型器件作为主开关器件，并因此而获得了更好的控制性能。此后，SVG成了全控型器件的一 统天下，近三十年来有关基于晶闸管的SVG的研究已经绝迹于科技出版物。
[0004] 由于晶闸管具有耐受电压高、额定导通电流大、效率高、可靠性好等优点，自其问 世以来就一直获得了广泛的应用，虽然由于存在半控的特性而限制了它的应用范围，但实 际应用结果表明，晶闸管仍是目前具有相当吸引力的电力电子器件之一，对其进行深入的 应用研究具有重要的现实意义。若能在SVG中使用晶闸管作为主开关器件，发挥晶闸管容 量大、耐压高、稳定性好、拓扑结构简单以及综合价格低的优势，则将会大大促进SVG的实 际应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的研究对象是基于晶闸管的SVG系统。
[0006] 本发明的目的是深入研究SVG系统变换机理、拓扑结构及控制技术，研发基于晶 闸管的高性能SVG，促进SVG的发展和实际应用。
[0007] 本发明的要点是在基于晶闸管的静止无功发生器的有功无功的四象限运行、谐波 抑制和提高综合效率方面取得了突破性的进展。
[0008] 本发明基于晶闸管的静止无功发生器控制方法的特征是由一个直流蓄能单元
[1]，一个多电平直流电流控制及分配单元[2]，两个完全相同的6脉波晶闸管三相变流桥 [3]和[4]，一个Y绕组[7]和二个互差30度的Y绕组[5]和A绕组[6]构成的移相变压 器组成，采用非对称电流的控制策略，对两个三相变流桥[3]和[4]分别按（1)式和（2)式 的特定变换规律进行控制，产生互不对称的，且相位也不相同的Y绕组[34]电流和A绕组 [35]电流，使移相变压器输出侧Y形绕组[36]的电流为正弦波电流，有效的抑制了谐波， 按⑴式和⑵式的特定变换规律控制Y三相变流桥和A三相变流桥，导致了Y三相变流 桥和△三相变流桥内开关器件的电流按设定的三角波电流规律变化，在构成Y三相变流桥 和A三相变流桥的开关器件为晶闸管时，施加三角波电流开始时给晶闸管门极触发信号， 晶闸管开通，在三角波电流为零期间，晶闸管电流为零被强迫关断，即晶闸管开通受门极控 制，三角波电流为零时晶闸管自行关断，两者的组合使晶闸管可以作为全控开关使用，晶闸 管的全控化使触发角移相范围变为-180°?180°，实现了有功无功四象限运行。
【主权项】
1. 本发明基于晶闸管的静止无功发生器控制方法的特征是由一个直流蓄能单元[1]， 一个多电平直流电流控制及分配单元[2]，两个完全相同的6脉波晶闸管三相变流桥[3]和 [4]，一个Y绕组[7]和二个互差30度的Y绕组[5]和A绕组[6]构成的移相变压器组成， 采用对两个三相变流桥[3]和[4]进行产生非对称电流的控制策略，分别按（1)式和（2) 式的特定变换规律控制产生互不对称的，且相位也不相同的Y绕组[34]电流和A绕组[35] 电流，使移相变压器输出侧Y形绕组[36]的电流为正弦波电流，按（1)式和（2)式的特定 变换规律控制Y三相变流桥和△三相变流桥，导致了Y三相变流桥和△三相变流桥内开 关器件的电流按设定的三角波电流规律变化，在构成Y三相变流桥和△三相变流桥的开关 器件为晶闸管时，施加三角波电流开始时给晶闸管门极触发信号，晶闸管开通，在三角波电 流为零期间，晶闸管电流为零被强迫关断，即晶闸管开通受门极控制，三角波电流为零时晶 闸管自行关断，两者的组合使晶闸管可以作为全控开关使用，晶闸管的全控化使触发角移 相范围变为-180°?180°，实现了有功无功四象限运行。
式中： IBY :Y桥直流电流 IBA :A桥直流电流 Id。：直流蓄能单元电流 k=l,2,…
2. 按照权利要求1所述的多电平直流电流控制及分配单元[2]采用下述原理实现： (1) 将直流蓄能单元电流均等分配为m个支路，每个支路连接到两个可控开关，两个可 控开关互补动作，构成互补开关对，分别连接到Y三相变流桥和△三相变流桥； (2) 每隔30° /m切换一个互补开关对，使流入Y三相变流桥的电流增加一个支路量， 同时也使流入A三相变流桥的电流减少一个支路量，经过m个30° /m区间，当所有支路 电流都流入Y三相变流桥后，再使流入Y三相变流桥的电流每隔30° /m减少一个支路量， 同时也使流入△三相变流桥的电流增加一个支路量，直到流入Y三相变流桥的电流减少到 零，重复以上过程，就可以将直流蓄能单元电流按等增量台阶形三角波的规律分配给Y三 相变流桥和△三相变流桥。
3. 按照权利要求1所述的基于晶闸管的静止无功发生器控制方法具有下述特性： >交流输出电流谐波含量随m增大而减小，变换器输出交流电流THD与m的关系示于 表1 ; 表1.THD与m的关系表_
根据表1，当m> 6时，谐波值被限制在〈3%的范围内，采用这种控制方法将传统12脉 波变换器的>8%的谐波含量控制在可控的、满足实际需要的谐波含量范围内； >有功无功可超前、滞后连续调节，实现了四象限运行，零有功到额定有功控制时间 < 5ms，额定超前、滞后无功转换时间< 5ms; >可在大范围内对直流蓄能单元输入输出电压和电流进行连续调节，当输出或吸收无 功时，工作在〇或小电流状态下；当输出或吸收有功时，工作在对应的输入输出电流状态 下； >运用软开关理念，在流入Y三相变流桥的电流为零的区间内，令Y三相变流桥的晶闸 管换相，在流入△三相变流桥的电流为零的区间，令△三相变流桥的晶闸管换相，Y三相变 流桥和△二相变流桥的晶闸管在电流为零的条件下完成换相，晶闸管在电流为零时关断， 在电压为零时开始开通，无开关损耗，晶闸管工作频率50Hz，开关频率低，因而综合效率高。
4.按照权利要求1所述的直流蓄能单元[1]，根据实际应用情况，分别是电容器、蓄电 池、各类型的直流蓄能器、各种有源整流装置。
【专利摘要】本发明基于晶闸管的静止无功发生器控制方法属于电力电子静止无功发生器技术，目的是研发基于晶闸管的高性能SVG，促进SVG的发展和实际应用，其特征是采用晶闸管12脉波变换器，按特定变换规律对两个三相变流桥进行非对称电流的控制策略，使移相变压器输出侧的电流为正弦波电流，按特定变换规律控制Y三相变流桥和Δ三相变流桥，使晶闸管可以作为全控开关使用，晶闸管的全控化使触发角移相范围变为-180°～180°，实现了有功无功四象限运行。用基于晶闸管的静止无功发生器控制方法构建的晶闸管静止无功发生器可广泛的应用于直流输配电、交流输配电、交直流电弧炉及各种冶炼炉、精炼炉的动态无功补偿。
【IPC分类】H02J3-01, H02J3-18
【公开号】CN104578089
【申请号】CN201310479790
【发明人】高毅夫, 陈琳琳, 刘昆
【申请人】高毅夫
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月15日