优化PWM开关并联无功功率发生器的设计

采用自关断开关器件的PWM电压型逆变器，可以将直流变为输出电压、频率及相位均可控的三相交流电压U_i。如果将自关断逆变器的输出经一个电感接到三相交流电网中，通过控制6个开关器件，使逆变器输出电压的频率f_i等于交流电网的频率f_s、逆变器各相电压与交流电网各相输出的电压同相，那么逆变器输出的电流为

由于与同相，因此，逆变器向电网输出的电流与电网电压相差90°，这时逆变器成为一个无功功率发生器，向电网输入的无功电流I_Q和无功功率Q分别为

当输出电压U_i高于电网电压U_s时，I_Q＞0，滞后，此时无功功率发生器输出感性无功功率。

图7-42 PWM开关并联无功功率发生器

a）主电路 b）电流滞后相量图 c）电流超前向量图 d）δ≠0的相量图

为了使无功功率发生器能正常工作，必须有一个稳定的直流电源U_D，主电路如图7-42a所示。如果无功功率发生器输出的电流与相位差90°，则电网不向无功功率发生器输入有功功率，但实际在无功功率发生器工作时，存在有功损耗，这时电容C两端的电压U_D将减小。为了保持U_D恒定，需要给电力变换器补充能量。给电力变换器补充能量的一个简单、可行的方案是适当地调节输出电压U_i的相位，使输出电流除了含有无功I_Q外，还含有一点有功电流-I_P，如图7-42d所示，如果U_i比交流电源稍滞后一个小角度δ，使含有一点有功电流-I_P，，这时无功功率发生器在向电网输出滞后的无功功率的同时，还从电网吸收一点有功功率P（U_sI_P）。(www.xing528.com)

输出到电网的无功功率为

可见，控制δ就可使输入电网的有功功率等于变换器的功率损耗，使U_D恒定。

PWM开关型无功功率发生器的控制电路包括电压U_D的闭环控制和无功功率Q的闭环控制。控制系统原理图如图7-43所示。

图7-43 控制系统原理图