CN1068147C - 静态和动态地控制电源电压的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

Abstract

一种利用静态补偿装置(2)对电网节点(PCC)上的电源电压(V)进行静态和动态控制的方法以及实施此方法的装置(8)。所述静态补偿装置具有一带有至少一个电容存储器(14)的自换向变流器(12)和一变压器。根据本发明，根据求出的电网节点(PCC)上的电源电压(V)值的偏差，为下级瞬时调节过程持续地求出瞬时额定值(q_ref、i_svref)，采用此方法可根据求出的瞬时实际值(q、i_sv)确定出相角(δ)，利用该相角并根据电源电压空间矢量(V)的角位置(φ)产生自换向变流器(12)的变流器电压空间矢量(V_s)的角位置(σ)。这样就可以实现对用于电源电压调节所需的无功功率的动态调节。

Description

静态和动态地控制电源电压的方法及实施该方法的装置

本发明涉及一种静态和动态地控制电源电压的方法及实施该方法的装置，其中利用一静态补偿装置对电网节点上的电源电压进行静态和动态控制，该静态补偿装置具有一个带有至少一个电容存储器的自换向变流器和一个变压器。

电力网首先用于传输有功功率。产生和消耗的功率必须始终是平衡的，否则将导致频率变化。与有功功率平衡相同，无功功率也必须始终平衡，以便在电网中产生可承受的电压比。无功功率首先负责电压水平。在每个时刻对电网中有功和无功功率的平衡必须进行补偿，从而使电压和频率位于预定的范围内。

由于用电量日益增大并且电网扩建的可能性受限，因而电力传输网总是被超强度地利用。电网中的无功功率流是电压下降和附加的电网损耗的主要原因。通过有针对性的应用无功功率器件，例如电容器和线圈，可以减少电网中补偿的无功功率平衡并随之减少对电网电压的作用和电网损耗。可采用可控或可调无功功率器件满足各种动态要求。但实际上只有采用变流器电路才能实现连续的和动态的变化。应用可控硅技术的静态补偿器是目前实现动态无功功率补偿的最经济的方案。

无功功率补偿装置具有一个带有一个电容存储器的自换向变流器，其常用的名称是“静态无功伏安发生器(SVG)”、“高级静态无功伏安补偿器(ASVC)”或“静态电容器(STATCON)”。利用将电容能量存储器(电容器)的直流电压变换成交流电压并通过一变压器(电感)与电网节点(PCC=公共连接点)连接的自换向变流器可产生或输出基波振荡无功功率。

在发表于“PESC′92在西班牙的Toledo举行的第23次电气及电子工程师学会电力电子专家年会，1992，会议录”521至529页的论文“高级静态无功伏安补偿器(ASVC)不同电路配置的比较”中记载了一种无功功率补偿装置。在该论文中介绍了多种ASVC电路并对它们进行了比较。ASVC的基本电路由一带有电容存储器的三相换流器构成，其中该换流器通过一变压器接在电网节点(PCC)上。

采用两点换流器或三点换流器作为换流器，并采用基波振荡频率调制(全单元式控制)，其中在三点换流器中实现的基波振荡无功功率大于在两点换流器中实现的无功功率。另外当角β(零电位的角范围)等于π/12时，5次和7次谐波最小。另外在此论文中对由两点及三点换流器构成的ASVC电路做了研究，其中采用了不同的变压器。采用此电路将减少脉冲数和相电流的失真。

在发表于“电气及电子工程师学会电力系统学报”，第8卷，第1期，1993年2月，371至377页中的论文“用于改进电力系统稳定性采用自换向变流器的大型静态无功伏安发生器”中介绍了用于80兆伏安的“静态无功伏安发生器(SVG)”。这种80兆伏安SVG由8个换流器构成，其桥臂分别由6个串联的可断开的可控硅(GTO)构成，这些可控硅分别产生相同的输出电压，但相互分别电气位移7.5°。为实现此相移需要一个带有8个初级线圈和8个次级线圈的专用变压器。该专用的变压器通过一主变压器接在高压电网上。这种变压器结构需要一部分产生的无功功率。因而可以实现脉冲值48并随之在同时提高基波振荡功率的情况下减少电网的反作用。而且在这种无功功率补偿装置(SVG)中只能通过多个换流器和一个专用的变压器才能实现基波振荡功率的改善，但并不提高每个换流器开关的基波振荡增益(Grundschwingungsausbeut)。

改进基波振荡增益(每个开关件的效能)的另一方案在于采用一多点换流器。在发表于PESC′92在西班牙的Toledo举行的第23次电气及电子工程师学会电力电子专家年会，1992，会议录”538至545页中的论文“采用多级电压源换流器的高压大容量动态无功伏安补偿器”中具体介绍了SVC的5点换流器。通过采用多点换流器，改善了在由换流器产生的交流电压中的基波振荡增益。

在发表于“第五次国际交流和直流电输电会议”会议录，1991,225至260页中的由G.Welsh、K.Bergmann、L.Huegelschafer、H.-F.Leowald和G.Wild撰写的“采用数字信号处理器对SVC应用的系统变量评价”论文中记载了用于静态补偿器(SVC)的电压调节，该静态补偿器由一固定连接的电容(FC)、一可控硅控制的线圈(TCR)以及一可控硅控制的电容(TSC)构成，该电压调节是数字式的。该电压调节由3个导线对地电压求出系统电压(3个导线对地电压的平均值，并与系统额定电压进行比较)。根据产生的调节偏差，利用一电压调节器(在其输出端加有电纳值)求出补偿器的控制信号。在计算系统电压时，该数字调节采用一个信号处理器，该处理器是多处理器调节系统(SIMA DYND)的一个组成部分。

在所引用的出版物“PESC′92在西班牙的Toledo举行的第23次电气及电子工程师学会电力电子专家年会，1992，会议录”538至545页中不仅具体地介绍了一种SVC的五点换流器，而且还介绍了相应的调节。该调节在输入端具有一装置，利用该装置根据负载要求的无功功率值Q_L和由自换向变流器输出的无功功率值Q_I确定无功功率调节偏差Q_S的平均值。后置的PI(比例积分)调节器根据值Q_S产生调节值φ_m(换流器的相角)。具有最佳脉冲图形的控制组件根据调节值φ_m和调制值M_i为自换向变流器产生控制信号。该调节的任务是，将无功功率调节偏差Q_S调到零。当调节偏差Q_S=0时，则调节值φ_m=0并且换流器的输出电压与连接点PCC上的电压同相。该调节的任务在于，由自换向变流器提供负载要求的无功功率。故该调节不能对连接点上(补偿装置在电网上的连接点)的电源电压进行静态或动态控制。

本发明的目的在于提出一种方法和装置，利用此方法和装置可对电网节点上的电源电压进行静态和动态控制。

本发明有关方法方面的目的通过一种静态和动态地控制电源电压的方法来实现，其中利用一静态补偿装置对电网节点上的电源电压进行静态和动态控制，该静态补偿装置具有一带有至少一电容存储器的自换向变流器和一变压器，其中，根据求出的在电网节点上的电源电压空间矢量值与其预定的数值额定值的偏差，为级联式下级瞬时调节过程持续地求出额定值，其中根据求出的瞬时实际值与给出的瞬时额定值的偏差产生一个相角，该相角是所产生的自换向变流器的电压空间矢量相对于电源电压空间矢量的瞬时相移，由此相角并根据电源电压空间矢量的角位置求出自换向变流器的电压空间矢量的角位置，利用该角位置并借助最佳脉冲图形为自换向变流器选出相应的通断状态信号。

为了将连接点上的电源电压调节到恒定不变的幅度上，补偿装置与电网必须交换位移无功功率。以补偿装置的稳定的工作点为出发点(在此点与电网没有功率交换(空载))，在突然出现电压降落时补偿装置向电网提供位移无功功率，从而使该压降消除。反之，在电压升高时由补偿装置接纳来自电网的位移无功功率。

调节过程的第一部分涉及的是电压调节，该电压调节为调节过程的第二部分产生额定值。调节过程的第二部分，即瞬时调节过程根据产生的额定值立刻借助求出的连接点上的电源电压空间矢量产生一调节值(补偿装置的自换向变流器电压空间矢量的角位置)，利用最佳脉冲图形将该调节值转换成开关状态信号。该动态调节值的作用在于，在补偿装置与电网间交换电能。一旦实现所需要的瞬时无功功率(新的工作点)，则动态调节值重新为零。在瞬时过程中(无功功率变化)换流器电压空间矢量向电源电压空间矢量移动，使得在此瞬时过程中产生的瞬时功率不等于零，此点是必要的，以便可以调整一个新的工作点(无功功率变化)。

采用此级联式调节方法，补偿装置可以快速地对连接点上电源电压的变化做出反应并且将为支持电源电压达到一个预定值所需的瞬时无功功率加到电网上或从该电网中接收该瞬时无功功率。

按照本发明的一有利设计，采用瞬时无功功率作为下级瞬时调节过程的瞬时值。

按照本发明的又一有利设计，采用瞬时无功电流分量作为下级瞬时调节过程的瞬时值。

按照本发明的另一有利设计，其中根据等式：q=3/2(v_β·i_α-v_α·i_β)由求出的电源电压空间矢量(v)和求出的电源电流空间矢量(i)的坐标(v_α、v_β、i_α、i_β)确定瞬时无功功率实际值(q)。

按照本发明的再一有利设计，其中根据等式：i_sv=(v_β·i_α-v_α·i_β)/|v|由求出电源电压空间矢量(v)和求出的电源电流空间矢量(i)的坐标(v_α、v_β、i_α、i_β)和求出的电源电压空间矢量(v)的数值(|v|)确定瞬时无功电流实际值(i_sv)。

本发明有关装置方面的目的通过一种实施上述方法的装置来实现，它用在一静态补偿装置中，该静态补偿装置具有一个带有至少一个电容存储器的自换向变流器和一个变压器，其中，该装置具有一个电压调节回路，该电压调节回路的输出端与自换向变流器的控制组件连接，其特点在于，一瞬时调节回路与所述电压调节回路级联并处于下级，其中，该瞬时调节回路的输出端与一个差值产生器的其中一个输入端连接，在差值产生器的另一输入端上加有所求出的电网节点上的电源电压空间矢量，该差值产生器的输出端构成所述电压调节回路的输出端。

在静态补偿装置中实施本发明方法的装置中(该静态补偿装置具有一带有至少一个电容存储器和一变压器的自换向变流器)，该装置具有一个带有一下级瞬时调节回路的电压调节回路，其中该下级瞬时调节回路与差值产生器的第二输入端连接，在差值产生器的第一输入端上加有求出的电网节点上的电源电压空间矢量的角位置值。该装置根据电网节点上的电源电压产生换流器空间矢量的角位置值作为控制组件的调节值。由于在控制组件中采用了最佳脉冲图形，故根据确定的换流器空间矢量角位置值选出的开关信号促使换流器在其输出端调整出所需要的电压空间矢量。采用此换流器电压空间矢量获得在变压器漏电抗上的变化的压降(数值和相位)，该漏电抗随电源电流调节，从而在瞬时过程中在电源电压空间矢量方向或其反向存在电流分量和与电源电压空间矢量垂直的电流分量。在电源电压空间矢量方向或与其反向的该分量与该空间矢量共同构成瞬时功率，其对所要求的无功功率变化是必须的，以便可以对电容存储器充电或放电。在瞬时过程结束时换流器的电容存储器和电源电流空间矢量根据所需要的工作点具有相应的电压和所需要的与电源电压空间矢量垂直的电流分量。

这种调节结构符合级联式调节，其中由下级较快的调节回路实现由上级较慢的调节回路产生的额定值。

按照本发明的一有利设计，所述电压调节回路具有一个比较器，在其后面串接一调节器，而在其前面则有一电源电压数值发生器连接在其反相输入端上，其中，电网节点上的电源电压空间矢量的一预定数值额定值加在比较器的非反相输入端上。

按照本发明的另一有利设计，所述下级瞬时调节回路具有一带后置调节器的比较器和一计算瞬时实际值的装置，其中该装置的输出端与比较器的反相输入端相连接并且比较器的非反相输入端与电压调节回路的调节器的输出端连接。

按照本发明的又一有利设计，设有一计算装置作为计算瞬时实际值(qi_sv)的装置(47及48)，在该计算装置中存储有如下公式：

q=3/2(v_β·i_α-v_α·i_β)和i_sv=(v_β·i_α-v_α·i_β)/|v|。

下面将对照在其中示意性表述本发明装置实施例的附图，进一步说明利用一具有带至少一电容存储器的变流器的静态补偿装置对电源网节点上的电源电压进行静态和动态控制的本发明的方法和装置，其中：

图1是本说明书引言部分中所述补偿装置的方框图，该补偿装置接在一带有实施本发明方法的装置的交流电源上；

图2是有关的实型的等效电路图；

图3为上级电压调节回路的方框图；

图4和5为下级瞬时调节回路(瞬时无功功率调节、瞬时无功电流调节)的方框图；

图6为对应于图2等效电路图的动态空间矢量图；

图7为稳定工作时的矢量图；

图8为变流器电压空间矢量与变流器中间回路电压关系的空间矢量图；

图9为调整补偿装置新工作点瞬时过程的矢量图；

图10为本说明书引言部分中所述的补偿装置的所谓的电压-电流特性曲线；

图11为已知的位移无功功率调节回路的方框图。

在图1的方框图中用2表示补偿装置，用4表示三相交流电源、6表示测量值装置、8表示实施本发明方法的装置和10表示已知的位移无功功率调节。静态补偿装置2具有一个至少带有一个电容存储器14的自换向变流器12和一个变压器，该变压器在图中用电压X_T示出。自换向变流器12通过此变压器接在交流电源4上。连接点或电网节点用PCC(Point of CommonCoupling)表示。正如本说明书引言部分中所述，这种补偿装置2通常称作“静态无功伏安发生器(SVG)”、“高级静态无功伏安补偿器”(ASVS)”或“静态电容器(STATCON)”。

测量装置6由高压仪用互感器16、电流测量装置18、在此未进一步说明的测量处理装置和坐标变换器20构成。电流测量装置18也可以设置在静态补偿装置2的变压器的低压侧。该坐标变换器的输出电源电压-空间矢量v的笛卡尔坐标v_α、v_β和电源电流-空间矢量 i的笛卡尔坐标i_α、i_β的输出分别输送给装置8和调节10。从对异步电机针对场的调节技术中已充分了解这种坐标变换器。用于实施本发明方法的装置8包含一级联调节电路，该级联调节电路由图3中进一步示出的上级电压调节回路22和下级瞬时调节回路24构成，其中图4和5分别进一步示出一种实施方式。

从电源4的角度看，也可以把静态补偿装置2理解成三入口，其中在补偿器2内具有一个基准节点的电位点分别是每个入口的电源连接端子。由于涉及的是三线系统，故电源电流不含有零系统分量。由于在具有非零系统的电流的电压中的零系统分量不会构成瞬时功率，故所有功率都可以通过电流和电压的空间矢量计算得出。

瞬时功率p(t)与流入静态补偿装置2的电流是相关联的。该瞬时功率可由相图根据流入三个入口的瞬时功率的总和计算出，并可根据空间矢量图示相应简单地根据电源电压空间矢量v和电源电流空间矢量i的α和β坐标求出。由旋转-90°的电源电压空间矢量v与电源电流空间矢量i构成的瞬时功率为瞬时无功功率q(t)并同样可以借助电源电压空间矢量v和电源电流空间矢量i的α和β坐标求出。在理想的正弦电源电压和电源电流时的稳定状况条件下q(t)等于基波移位无功功率Q。有功功率P作为瞬时功率p(t)在电源周期上的平均值求出并在稳定状态条件下(对在静态补偿装置中的损耗忽略不计)为零。

如图2的等效电路图所示，用电压为vSL的电压源28表示理想的电源4。其有限的短路功率用电感X_L表示。静态补偿装置及用于电压适配的变压器的漏感用电压X_T表示。自换向变流器12的电源侧的电压vS用电压流28表示。电源电流空间矢量i根据自换向变流器12的电压空间矢量进行调整，该电源电流空间矢量在用于电压适配的变压器的漏感X_T上产生电压空间矢量v_T。通过以数值和相位方式对自换向变流器12的电压空间矢量vS的预给定确定出静态补偿装置2与电源4间的能量交换。

为将连接点PCC上的电源电压v上调整到恒定不变的振幅V上，静态补偿装置2必须与电源4进行位移无功功率交换。在实践中电源4没有无限短路功率，而是具有有限短路功率。故在连接点PCC上的电压空间矢量v等于电压空间矢量vSL和vL(在短路电感X_L上的压降)的和。这时当电压空间矢量vSL的幅度急剧降到较小的值时，则在静态补偿装置2与电源4没有功率交换的前提下(无载)，这将伴随在连接点PCC上的电压v的相应压降。利用静态补偿装置2将移位无功功率加到电源上(其作用方式与电容器相同)，可以消除该压降。这样电源电压空间矢量v的振幅V对应于振幅V_SL增大的值为I·X_L。反之，利用静态补偿装置2由电源4接收移位无功功率(其作用方式与扼流圈相同)，可以消除振幅V的增高。

在电压控制回路22中宜使用空间矢量表示法。替代在连接点PCC上各导线对地电压振幅的时间平均值，直接对连接点PCC上的电压空间矢量v的值进行分析(此值在正弦交流电压系统中与导线对地相电压振幅相同)。该值还要按照滤波器30，例如第一级延迟网络进行相应滤波，以便充分地减少电源电压失真的影响。如图3所示，经滤波的数值v通过比较器32与电压振幅额定值V’_ref进行比较并且调节偏差被输送给PI(比例积分)调节器34。输出信号是一个瞬时额定值q_ref及i_svref，该值将转加到下级瞬时调节回路24上。在连接点PCC上的电压空间矢量v的数值由一数值发生器36根据连接点PCC上的电压空间矢量v的电压坐标v_α和v_β确定。

在图4中示出下级瞬时调节回路24的第一实施方式的方框图。由于输送给该调节回路24的是瞬时无功功率额定值q_ref，故该调节被称作瞬时无功功率调节。该调节回路24由输入端的带有后置的P(比例)调节器40的比较器38和输出端的差值产生器42构成。比较器38的反相输入端与计算瞬时无功功率实际值q的装置44的输出端相连接。电源电流空间矢量i和电源电压空间矢量v的坐标i_α、i_β和v_α、v_β加在该装置的输入端。在这种有益的实施方式中备有一个计算装置作为装置44，等式

q=3/2·(v_β·i_α-v_α·i_β)存储在该计算装置内。

差值产生器42的输出端与控制组件46的输入端连接，该控制组件利用最佳脉冲图形由求出的变流器电压空间矢量v_s的角位置σ为静态补偿装置2的自换向变流器产生开关状态信号S_v。在连接点PCC上的电源电压空间矢量v的角位置值φ加在该差值产生器42的第一输入端。该差值产生器42的第二输入端与比例调节器40的输出端连接，在该输出端加有一个相角值δ。

图5方框图示出的下级瞬时调节回路24的第二实施方式与图4的第一实施方式的区别在于，瞬时无功电流额定值i_svref作为额定值被输送给输入端的比较器38。该比较器38的反相输入端与用于计算瞬时无功电流实际值i_sv的装置48相连接。该实际值i_sv利用电源电流空间矢量i和电源电压空间矢量v的坐标i_α、i_β和v_α、v_β根据下式

i_sv=(v_β·i_α-v_α·i_β)/|v|计算得出。由于在该瞬时调节回路24中瞬时无功电流i_sv被用于产生相位δ，故也被称作瞬时无功电流调节。

图6示出属于图2等效电路图的动态空间矢量图。循环的空间矢量v通过给出的坐标变换由测出的相量值得出。用相角δ标示变流器电压空间矢量v_s与循环的电源电压空间矢量v的相对相位。角度φ表示以固定的直角坐标系α、β的α轴为基准的循环的电源电压空间矢量v的位置，角度σ表示以α轴为基准的循环的变流器电压矢量v_s的位置。就电源电压空间矢量v而言，循环的电源电流空间矢量i可以被分成两个分量：其中一个分量是沿循环的电源电压空间矢量v方向或与其反向的，用i_pv标示，而另一分量与电源电压空间矢量v垂直，用i_sv标示。经简单的计算表明，仅分量i_pv对形成瞬时功率起作用。相反，分量i_sv含有有关瞬时无功功率的完整的信息。不管是瞬时无功功率q(t)还是瞬时功率p(t)都可以非常简单地由电源电压空间矢量v和电源电流空间矢量i的坐标计算得出。在稳定状态条件下静态补偿装置2和电源(对损耗忽略不计)间没有瞬时功率p(t)并因而也没有有功功率p进行交换，而交换的仅是瞬时无功功率q(t)及无功功率Q。

图7的矢量图适用于各种稳定的工作状态(空载、电感负载、电容负载)。电源4与静态无功功率补偿装置2间交换静态无功功率的情况可以在矢量图中看出，此时，电源电压空间矢量v和电源电流空间矢量i总是相互垂直的(在动态工作状态时根据瞬时功率p(t)的出现该相位关系是任意的)。

当各直流电压完全相等时，变流器电压空间矢量vS与中间回路电压间的关系则尤为简单。这时用变换比例空间矢量ü说明该关系。在设定电源电压的角幅为ωt并且变流器电压空间矢量vS和电源电压空间矢量v间的相角用δ标示的情况下，根据图8的矢量图的相应的角标示适合下述等式：

v_s(t) = ü(t)·V_dc

ü(t)=|ü|·e^j(ωt-δ)。

因脉冲图形是最佳的，故变换比例空间矢量u的值是不变的。这意味着，中间回路电压根据电流空间矢量i并随之根据交换的无功功率可取各种值。当静态补偿装置2起着扼流圈作用并由电源4接收无功功率时，则直流电压小于空载时的直流电压。在静态补偿装置2的电容范围内，直流电压大于空载时的直流电压。此点在图7矢量图中也可以看出。反之，也可以保持直流电压进行变化，以便实现所需的与电源的无功功率交换。但该直流电压变化在所需的瞬时充放电过程中伴随电源与电流电压电容器间的能量交换。所以为进行无功功率变化必须在电源电流中总是存在分量i_pv，因为只有该电流分量i_pv才能与电源电压空间矢量v构成瞬时功率。

在图9中在一以ωt循环的坐标系α′、jβ′中表述了该瞬时过程，其中电源电压空间矢量v′静止在一循环的坐标系α′、jβ′中并指向α′方向。在该坐标系中静止的电流分量i_pv总是指向α′或-α′方向，静止的电流分量i_sv与此相反总是指向β′或-β′方向。用A1标示的点例如适用于静态补偿装置2的电容范围。电流空间矢量i′相对于电压空间矢量v′的相位为90°。用A2标示的工作点适用于电感范围。在稳定工作状态下，电流空间矢量i′的α′坐标总是等于零。如上所述，在调整新的工作点时需要在静态补偿装置2与电源4间进行能量交换，即在交换期间电源电流空间矢量i′中的α′分量必须不等于零。为降低加到电源4的无功功率(减少电容工作方式)必须通过自换向变流器12的中间回路电容器14降低电压，即产生一由静态补偿装置2至交流电压网4的能量流。对此必要的α′分量必须是负的并且在该坐标系中的电流空间矢量i′的尖端与其搭接的路径(瞬时过程中的电流空间矢量i′的矢量轨迹)如β′轴的下面所示。对实际应用重要的是，在瞬时过程中电流空间矢量i′不脱离开一由自换向变流器12的可断开的功率半导体器件的开关容量决定的圆，该圆用虚线示出并用|i|_max标示，因为否则将导致保护断路。另外矢量轨迹(Trajektorie轨迹)的形状是调节品质因数的量度。当例如静态补偿装置尽可能迅速地达到其新的稳定状态时，则轨迹必须在尽可能直接的路径上由一个工作点转移到另一个工作点。

电流分量i_pv的构成(图6)是通过在漏电抗上的相应压降vT实现的(电流与电压时间面积成比例)。该漏电抗空间矢量是由于调节过程在电源电压空间矢量v与变流器电压空间矢量vS动态地需要一相角δ而导致的。一旦达到所需要的瞬时无功功第q(t)(自换向变流器12的电容存储器14具有与所需要的工作点A2相应的电压并且电源电流空间矢量i具有所需要的电流分量i_sv)，相角δ又重新为零(功率损耗忽略不计)。自换向变流器12的中间回路电压不必进行明显的调节即可自动调整到属于工作点A1或A2的值上。

由循环的坐标系的β轴和轨迹D(矢量轨迹)环围的阴影面B含有在瞬时再充电过程中由稳定的补偿装置2的自换向变流器12输送给电源L的能量。瞬时过程在工作点A1(补偿装置的电容工作)处开始并在工作点A2(补偿装置的电感工作)处结束。由循环的坐标系的β轴和轨迹E(矢量轨迹)环围的阴影面C含有在瞬时再充电过程中电源4和补偿装置2的自换向变流器12间交换的能量。此瞬时过程在工作点A2(电感工作)处开始并在工作点A1(电容工作)处结束。由此图同样可以看出，在工作点A1和A2处由补偿装置2仅将无功功率输入电源4中或由电源中仅接收无功功率。仅在瞬时过程中需要用于自换向变流器12的电容存储器14的再充电过程的瞬时功率p(t)。

图10示出带有具有至少一个电容存储器14的自换向变流器12的静态补偿装置2的所谓的电压-电流特性曲线。每根平行的由左开始上升的线作为电源电压空间矢量值v的函数表述在恒定不变的变流器电压空间矢量值v_s的情况下的静态补偿装置2的工作特性曲线。在横坐标上可以读出由此产生的电流空间矢量值。在此图中例如可以绘制电源特性曲线V=V_SL-I·X_L。该曲线与静态补偿装置2的相应的工作特性曲线的交点是稳定调整的工作点A1及A2。根据此图可以很容易求出需要哪个电源电压空间矢量值v_s及哪个电源电流空间矢量值I，以便电源电压空间矢量v重新取其额定值。此点与静态补偿装置2的工作特性曲线的选取相符，该工作特性曲线在所需要的工作点A1及A2与电源特性曲线相交。在实践中工作范围例如由有限的热负载(平行于纵坐标的粗线)、变流器12的功率半导体开关的最大瞬时断路电流(虚线)和变流器12的最大允许中间回路电压决定。这里所述的调节可调整到所需的具有最佳动态工作特性的工作点。

与对传统的静态无功功率补偿器调节时的情况相同，在采用该调节方法时也可以将带有自换向变流器12的静态补偿装置2近似稳定地调控到工作点A1及A2上，该工作点从操作技术角度来看是最佳的(例如损耗小、对调节过程具有大的调整潜力)。只要不脱离连接点PCC上的预定的电源电压的容限带(例如0.98……1.02pu)，调节将导引静态补偿装置2例如将持续向所需的工作点移动(持续或改变交换的位移无功功率)。该与电压调节叠加在一起的缓慢的调节具有作为额定值的稳定的额定位移无功功率Q_ref并利用比较器50将此额定位移无功功率与实际的位移无功功率Q进行比较，其中在所述比较器后接有一个调节器52。利用调节器52的输出值ΔV对电源电压额定值V_ref进行修改并将修改后的额定值V′_ref输送给电压调节回路22。利用装置54根据在连接点PCC上求出的电源电流空间矢量i和求出的电源电压空间矢量v的坐标i_α、i_β和v_α和v_β计算出实际位移无功功率Q。为此该装置54例如含有等式 $Q\left(t\right)=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}q\left(t\right)\·\mathrm{dt}$

和

q(t)=3/2(v_β·i_α-v_α·i_β)

例如在德国“电工杂志”，115卷，1994年，第22-23期，1332至1338页中就记载了这种位移无功功率调节回路56，其中该出版物公开了一种由可控硅控制的扼流圈(TCR)、可控硅控制的电容器(TSC)和一固定的电容器(FC)构成的传统的静态补偿器。

该缓慢的调节电路与快速的级联式下级调节电路并不冲突，这是因为它不是在毫秒范围，而是在秒范围工作，时间常数得到了充分分离。

Claims (9)

1．一种静态和动态地控制电源电压(v)的方法，其中利用一静态补偿装置(2)对电网节点(PCC)上的电源电压(v)进行静态和动态控制，该静态补偿装置具有一带有至少一电容存储器(14)的自换向变流器(12)和一变压器，其中，根据求出的在电网节点(PCC)上的电源电压空间矢量(v)值(V)与其预定的数值额定值(V′_ref)的偏差，为级联式下级瞬时调节过程持续地求出额定值(q_ref、i_svref)，其中根据求出的瞬时实际值(q、i_sv)与给出的瞬时额定值(q_ref、i_svref)的偏差产生一个相角(δ)，该相角是所产生的自换向变流器(12)的电压空间矢量(v_s)相对于电源电压空间矢量(v)的瞬时相移，由此相角并根据电源电压空间矢量(v)的角位置(φ)求出自换向变流器(12)的电压空间矢量(v_s)的角位置(σ)，利用该角位置并借助最佳脉冲图形为自换向变流器(12)选出相应的通断状态信号(S_v)。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用瞬时无功功率(q)作为下级瞬时调节过程的瞬时值。

3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用瞬时无功电流分量(i_sv)作为下级瞬时调节过程的瞬时值。

4．根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据等式：

q=3/2(v_β·i_α-v_α·i_β)由求出的电源电压空间矢量(v)和求出的电源电流空间矢量(i)的坐标(v_α、v_β、i_α、i_β)确定瞬时无功功率实际值(q)。

5．根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据等式：

i_sv=(v_β·i_α- v_α·i_β)/｜v｜由求出电源电压空间矢量(v)和求出的电源电流空间矢量(i)的坐标(v_α、v_β、i_α、i_β)和求出的电源电压空间矢量(v)的数值(｜v｜)确定瞬时无功电流实际值(i_sv)。

6．一种实施如权利要求1所述方法的装置(8)，它用在一静态补偿装置(2)中，该静态补偿装置具有一个带有至少一个电容存储器(14)的自换向变流器(12)和一个变压器，其中，该装置(8)具有一个电压调节回路(22)，该电压调节回路(22)的输出端与自换向变流器(12)的控制组件(46)连接，其特征在于，一瞬时调节回路(24)与所述电压调节回路(22)级联并处于下级，其中，该瞬时调节回路(24)的输出端与一个差值产生器(42)的其中一个输入端连接，在差值产生器的另一输入端上加有所求出的电网节点(PCC)上的电源电压空间矢量(v)，该差值产生器(42)的输出端构成所述电压调节回路(22)的输出端。

7．根据权利要求6所述的装置(8)，其特征在于，所述电压调节回路(22)具有一个比较器(32)，在其后面串接一调节器(34)，而在其前面则有一电源电压数值发生器(36)连接在其反相输入端上，其中，电网节点(PCC)上的电源电压空间矢量(v)的一预定数值额定值(V′_ref)加在比较器(32)的非反相输入端上。

8．根据权利要求6所述的装置(8)，其特征在于，所述下级瞬时调节回路(24)具有一带后置调节器(40)的比较器(38)和一计算瞬时实际值(q、i_sv)的装置(44或48)，其中该装置(44或48)的输出端与比较器(38)的反相输入端相连接并且比较器(38)的非反相输入端与电压调节回路(22)的调节器(34)的输出端连接。

9．根据权利要求8所述的装置(8)，其特征在于，设有一计算装置作为计算瞬时实际值(q、i_sv)的装置(44或48)，在该计算装置中存储有如下公式：

q=3/2(v_β·i_α-v_α·i_β)和i_sv=(v_β·i_α-v_α·i_β)/|v|。

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