式中:
UT—并网点电压标么值
IN—电流额定值
B．风电场要求
参考标准
GB/T 19963-2011风电场接入电力系统技术规定
动态无功支撑能力：
a)当风电场并网点电压处于标称电压的20％～90％区间内时，风电场应能够通过注入无功电；
b)流支撑电压恢复；自并网点电压跌落出现的时刻起，动态无功电流控制的响应时间不大于75ms，持续时间应不少于550ms。
c)风电场注入电力系统的动态无功电流IT≥1.5×（0.9-UT）IN，（0.2≤UT≤0.9）
低电压穿越检测
我司采用直接电压前馈控制策略，实时检测电网变化，并迅速跟踪，保证高低电压故障时的快速响应，抑制SVG过流；采用零序电压注入方式，实现电流在三相间的再分配，解决在电压不平衡时SVG的过压、过流问题；针对跌落深度较大场合，采用角接TSVG分相控制策略，应对不平衡度较大时带来的SVG过压、过流问题。自如应对电网电压任意跌落深度，迅速提供100%无功电流支撑。
低电压穿越时的控制策略
电网不平衡跌落时，电网的负序电压会在SVG输出侧产生负序电流，严重时导致SVG过流关机，为了维持SVG的正常工作，需要增加负序电流控制环，负序电流给定为0，使SVG发出平衡的电流。
TSVG凭借准确快速的低压穿越检测以及稳定的穿越控制，在电网发生跌落式，满功率支撑电网电压，提高电网可靠性。
一、优异的三项不平衡补偿能力
电网公共连接点35kV母线的电压不平衡度≤1.3%，满足中华人民共和国国家标准《GB/T 15543 2008 电能质量 三相电压允许不平衡度》的要求。
针对由三相负载不平衡引起的公共连接点三相电压不平衡情况，特变电工TSVG采用正负序双环电压补偿策略，正序控制环节控制公共连接点电压和直流侧电压为给定值，负序电压控制环节改善公共连接点电压不平衡度，改善公共连接点电能质量。
电网电压负序分量检测是不平衡控制策略的重要环节，TSVG采用二次谐波滤除法来检测电网电压中的负序分量，实现了正、负分量的独立控制。
针对电网电压不平衡，TSVG采用DDSRF-SPLL锁相算法。可准确检测正序电压相位以及电网中正、负序分量的幅值。
特变电工TSVG补偿电网不平衡的方式如下：
针对由三相负载不平衡引起的公共连接点三相电压不平衡情况，TSVG采用正负序双环电压补偿策略，正序控制环节控制公共连接点电压和直流侧电压为给定值，负序电压控制环节改善公共连接点电压不平衡度，改善公共连接点电能质量；
电网电压负序分量检测是不平衡控制策略的重要环节，TSVG采用二次谐
二、精确的谐波补偿及谐振抑制能力
谐波补偿：TSVG不仅能根据需要提供基波无功电流，实现无功补偿，改善电网功率因数。还可以主动消除电力谐波，从而实现对电力谐波的动态快速彻底治理。我司采用全数字化控制，实时精确补偿系统中的谐波和无功电流；可实现同时补偿谐波与无功；可同时滤除2~25次谐波，也可滤除指定次谐波；动态响应时间小于30ms;
图1. 特变电工TSVG谐波补偿能力
如下图所示，SVG设备通过外部电流互感器，实时检测负载或电网电流，通过内部FPGA计算，提取出负载电流的谐波成分，经过谐波补偿算法控制和PWM调制，产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波目的。除滤除谐波外，有源滤波器可以对负载的无功进行补偿，最终使电网测谐波及功率因数满足要求。
图2. SVG谐波补偿工作原理框图
特变电工无功补偿装置，通过外部CT测量负载电流或电网电流送到信号板进行处理，采用高性能FPGA的谐波检测算法，快速、准确完成负荷谐波电流的计算。通过对旋转坐标系下的基波电流和谐波电流独立控制，形成谐波电流补偿的闭环控制回路，并产生PWM驱动信号到功率器件实现调制，可对指定次谐波进行有针对性的补偿，将所需的补偿电流输出到电网，完成谐波滤除的功能，实现了25次及以下谐波补偿能力。
图3.特变电工静止无功发生器投运前35KV实测二次侧电流(电流变比800:5)
图4.特变电工静止无功发生器投运后35KV实测二次侧电流(电流变比800:5)
通过投运特变电工静止无功发生器，利用其谐波补偿技术，有效改善了大型荒漠光伏电站的电能质量，提高了光伏电站和输电网络的系统稳定性.
谐振抑制：光伏电站背景谐波电压与输电线路参数匹配时会产生串联谐振造成严重的谐波电压放大；当光伏电站谐波电流与电网输电线路参数匹配时，会产生并联谐振，造成谐波电流放大。
图5. 光伏电站与电网基波等值电路
光伏电站配网基波域数学模型为对称二端口网络，该模型为谐振模型的研究基础。
图6 (a)谐波电压串联谐振等值电路 图6 (b)谐波电流并联谐振等值电路
200-300km的输电线路易于对3次谐波电压产生谐振，谐振点处约有5倍的放大。100-200km输电线易于对5、7次产生谐振，在谐振点处有接近10倍的放大，对其它次数的谐波电压无放大。100km内的输电线路对11、13以及更高次的谐波电压可能产生谐振，放大系数可能超过20。由于背景谐波电压多为3、5、7次等低次，需要关注100km以上输电线路的影响，谐振将导致输电线路谐波电压过高，甚至影响光伏电站的运行。
由于光伏电站输出谐波电流的特殊性，5、7、19、23等次谐波电流均为光伏电站输出电流中含量较多的次数，需要关注100km以内输电线路的影响。
SVG作为一个并联的无功补偿以及谐波补偿装置，检测负载端电流作为参考指令，可以有效的补偿非线性负载谐波的电流，由于谐振的影响，PCC点上就会出现一个很大的谐振次频率的电压，从而使得线路电流更加恶化。由于谐振产生的那部分电流是这种检测方式下无法消除的，因此在有谐振的时候，经过SVG补偿后，PCC 点电压和线路电流在谐振频率处不能满足电能质量IEEE-519 标准。
为了减小谐振带来的影响，需要阻尼谐振，可以直接并联上一个线性负载（电阻），那么谐振时的等效电阻就可以根据并联的电阻大小来控制，这种方法可以有效的减小了PCC点上谐振频率次的电压，但是这个电阻会消耗大量有功功率，在实际应用中不可取。
TSVG采用的控制策略同时检测负载电流和公共接入点(PCC)电压中的谐波分量，用电网测的谐波电压来控制指令电流。那么，就相当于在电网侧并联了一个可调电阻。此电阻对基波电流表现为阻抗无穷大，对检测的谐波电流表现为一定的电阻，改变电压检测通道的检测系数就相当于改变电阻的阻值。其等效电路如下图所示。
图7. 新控制策略的单相等效图
TSVG的谐振抑制功能，有效改善了大型荒漠光伏电站的电能质量，提高了光伏电站和输电网络的系统稳定性。
三、强大的频率超限运行能力
微网系统或弱电网系统在一般情况下频率波动范围±2.5Hz，最大频率波动范围达到±5Hz，常规SVG无法正常投运，TSVG基于改进的锁相技术，支持最大频率波动范围±10Hz，可以完全满足微电网及弱电网系统的应用。
锁相环实质上是一个反馈控制系统，与普通的反馈控制系统不同之处在于其输入信号为相位信号。
如下图所示，当电网电压幅值，即电压合成矢量 的幅值不变时， 的q轴分量ugq反映了d轴与电网电压 的相位关系。ugq>0时，d轴滞后 ，应增大同步信号频率；ugq <0时，d轴超前 ，应减小同步信号频率；ugq=0时，d轴与 同相。因此，可通过控制使ugq= 0来实现两者之间的同相。
矢量相位差示意图下图为三相软件锁相环的基本结构框图，图中虚线框内的坐标变换为鉴相器，Cpll为环路滤波器，积分环节1/s为压控振荡器，ωgrid为压控振荡器的固有频率，其值为100π(电网额定频率)。
图8. 三相软件锁相环的基本结构框图设平衡三相电压为：
经过坐标变换后,可得：
当d 轴与 完全同相时，ugq=0。由上公式可得三相SPLL的数学模型，如下图a)所示。
当 很小时(一般认为小于π/6),有：
令 ，并将Ugm合并到Cpll中，可得三相SPLL的线性化数学模型，如图b)所示。
图9(a) spll的非线性模型
图9(b) spll的线性模型
电网电压不平衡会使ugq含有2倍频(100Hz)分量，直流分量会使ugq含有基波(50Hz)分量。实际应用中，一般保证与电网电压的基波正序分量同相。因此，设计锁相环控制器时必须在跟踪速度和抗干扰能力两方面权衡考虑，在满足跟踪速度的要求下，尽量减小锁相环带宽，以减小上述不利因素对系统的影响。
TSVG基于改进的锁相控制策略，可以做到频率变化时的相位快速锁定。支持最大频率波动范围±10Hz，完全满足微电网及弱电网系统的应用。
四、可靠的故障穿越功能（FRT）
电站发生高低压故障时，特别是不对称故障时，往往造成SVG过压、过流，不能实现故障穿越，TSVG通过以下方式有效提高电站对称及不对称故障情况下高低电压穿越的能力。
1.光伏及风电场对低压穿越功能的要求
A．光伏电站要求:
参考标准
GB/T 19964-2012 光伏发电站接入电力系统技术规定
GB/T 29321-2012 光伏发电站无功补偿技术规范
基本要求
a)光伏发电站并网点电压跌至0时，光伏发电站应能不脱网连续运行0.15 s;
b)光伏发电站并网点电压跌至曲线1以下时，光伏发电站可以从电网切出
故障类型及考核电压| 故障类型 | 考核电压 |
| 三相短路故障 | 并网点电压 |
| 两相短路故障 | 并网点电压 |
| 单相接地短路故障 | 并网点电压 |
动态无功支撑能力
a)自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于30 ms
b)自动态无功电流响应起直到电压恢复至0.9 pu期间，光伏发电站注人电力系统的动态无功电流IT应实时跟踪并网点电压变化，并应满足
波滤除法来检测电网电压中的负序分量，实现了正、负分量的独立控制；
针对电网电压不平衡，TSVG采用DDSRF-SPLL锁相算法。可准确检测正序电压相位以及电网中正、负序分量的幅值；
电网电压相位突变以及电网电压频率突变时，锁相环节准确度丝毫不受影响，表现出良好的相位、频率适应性。并且当电网电压含有一定谐波时，锁相环节能对谐波起到很好的抑制作用。
综上，传承特变电工70年电力行业研发经验，特变电工无功补偿设备TSVG以其精确的谐波补偿及写真抑制能力、强大频率超限运行能力、可靠的故障穿越能力以及优异的三项不平衡补偿能力使其成为行业内最先进的SVG。
责任编辑：solar_robot
