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2.1.2 同无功功率发生器SVG的比较
本方案与SVG同属于有源连续无功补偿方案，不同之处在于： SVG中的连接器件是电感，在一定的电压下，电感值越小， SVG发出的无功功率也就越大；本方案的连接器件是电容，在一定的电压下，电容越大，本装置发出的无功也就越大；由于电容的额定电流通常比电感小，考虑性价比， SVG适合进行大容量的连续无功补偿，而本装置适合于中小型容量的连续无功补偿； SVG中的电感是用来平滑注入电网的电流的，而本装置中的电容是作为补偿器件产生无功功率的； SVG所产生的无功功率基本上都由可调电压源提供，而本装置所产生的无功功率由两部分组成，一部分由电容器提供，另一部分则由可变电压源提供，所以在提供相同大小的无功功率时，本装置中可调电压源的容量可以比SVG中可调电压源的容量小得多。
本方案的优点是：
（1）既可连续提供容性无功又可连续提供感性无功，且不附加对电网的谐波污染；在容量需求较小时可由单级提供电网所需的无功功率。在容量需求较大时还可用与无源补偿混合的方式连续提供电网所需的无功，使功率因数接近1，从而保证得到最佳的补偿效果。
（2）可预置可变电压源电压
=
，使其在零电流下投入，大大减小对电网的冲击
和延长电容的使用寿命。
（3）由于可变电压源的容量仅为所需无功容量的1/4，且控制简单，故具有低成本的特点，有利于在扩展容量与电压等级时使用。
图2- 3 利用原装置扩容原理
（4）除增加一可变电压源外，这一方案可充分利用原有补偿装置的补偿电容。如图2-3所示，如果原多级无源装置发出的最大容性无功功率为Q，最大补偿无功将由N级实现，每级提供的最大无功功率为Q/N。第一级采用补偿电容与可调电压源相串的有源补偿，提供的无功功率为0~Q/N连续可调，而其他N-1级为固定值Q/N，则可通过第一级的连续调节与其它级的分级投切相配合达到无功功率Q的连续调节。例如，当需要切除一整级时，只要可变电压源电压置0v并与待切的开关同时动作就使切除后补偿的无功功率不变，从而实现连续调节。因此，这一方案极适合于对现有补偿装置的改造和技术提升。基于上述优点，这一方案具有广阔的应用前景，将为企业带来巨大的经济效益。
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2.2 SLH的基本原理
在共集（漏），共射（源），共基（栅）这三种基本放大电路中，共集（漏）极
放大电路是输入电阻最大，输出电阻最小的一种拓扑，它的电压放大倍数小于1但接近于1，且其频带在三种放大电路中也是较宽的，因而这种拓扑的输出电压能够忠实的反映输入的信号而被称作电压跟随器。把这一电压跟随器级联于开关型电源的滤波电路之后就形成开关线性（电压跟随器是线性电路）复合功率变换技术的基本结构。
图2-4为开关滤波电源输出正电压时的简单应用。当然，在开关电路之后增加一
图2- 4 SLH的简单应用
级线性电路必然会增加整个电路系统的功率损耗。但是这个增加的损耗是很小的，因为开关线性复合技术的线性电路与传统线性功放的不同之处在于它不像 B类，AB类功放电路那样由正负直流电源E供电而是由包络于输出电压的纹波电压Us供电；功率器件并不工作在大跨度纯线性区域，而是工作于临界饱和状态偏线性一侧的特殊状态。开关电源滤波之后的纹波电压Us是与基（栅）极输入信号Ui同步的，其幅值略高于Ui（如图2-5所示）。这样，使整个电路既具有线性放大电路才有的基本规律；又有开关电路才有的低通态损耗特性。
(a)B类功放功率器件的状态 （b）SLH功率器件的状态
图2- 5 两种功率因数状态的比较
图2-6是整个开关线性复合系统的原理框图。图中，参考信号是一个和期望输出电压在波形上相同或相近的信号。也就是说，输出电压在波形上要始终跟踪参考信号。参考信号一方面经过PWM斩波环节输出脉宽调制波以控制主电路的开关功率管，从而在主电路的开关滤波之后输出一个与参考信号在波形上相似、幅值不同，且叠加有纹波的前级输出波形Us。另一方面，参考信号经过一个前置放大单元得到开关线性复合系统线性部分栅极的高电压驱动信号Ui。前级的电压Us，和控制电路的驱动信号Ui分别加到后级功率管的集电极（漏极）与基极（栅极）。后级功率管的射极（源极）输出波形Uo跟踪栅极驱动信号Ui电压波形的幅频，幅值仅低一个阀值电压。
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由于Ui与Uo几乎相同，而Us和 Ui波形如图2-5 所示，因此开关线性复合系统的线性部分事实上具有滤波的作用。Us与Uo相比多出的纹波电压都加在了功率管上，被功率管所消耗，从而滤波电路的电感电容可以大大减小以节省系统的成本。另一方面看，在获得相同的输出电压波形THD指标时，开关线性复合型电源采用的开关频率要
图2- 6 开关线性复合功率变换原理图
比开关滤波型电源采用的开关频率低很多。开关频率降低必然使开关损耗也随之降低。因而，虽然开关线性复合系统在线性部分表面上好象增加了两个功率管的损耗2Pt。事实上如果配置适当的参数，在相同的输出电压THD指标下，开关线性复合系统的损耗不一定比传统的开关滤波型系统高，也就是说开关线性复合电源系统的效率并不降低。 2.3 系统的构成
考虑到可调电压源在发出无功补偿电流时不应附加对电网的谐波污染，因此采用具有低阻输出特性的开关线性复合功率变换技术（SLH）加以实现，如图2-7所示。SLH由开关滤波单元与线性单元构成。开关滤波单元为线性单元提供纹波电压，控制单元检测电网的电压电流相位差，然后根据这个相位差分别同步控制可调电压源主电路中交流斩波调压单元的功率开关管占空比，以及线性部分的栅极驱动信号幅值。线性单元实现
图2- 7 系统结构图
高鲁棒性的电压跟踪。为满足可调电压源电压与电网电压同相位的基本要求，选择交—交斩波调压单元作为开关级。
当要求无功补偿装置发出感性无功功率时，要求可调电压源输出电压Uv大于电网电压，因此可调电压源的输出可通过升压变压器耦合串入并联电容支路中。
由于本连续无功补偿思路的核心问题是高性能SLH可调电压源，其重要组成部分
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—线性单元已在前面进行了分析，本章后几节着重点讨论用SLH可调电压源线性单元供电的交流斩波调压滤波单元主电路。 2.4 交流斩波调压技术
当用户需要可调的交流电压时，曾广泛使用饱和电抗器、自耦调压器和感应调压器等电磁式调压装置。晶闸管调压技术的出现也曾因其廉价、体积小和容易控制的特点部分地取代了笨重、体积大和耗费铜铁材料的电磁式调压装置。然而，由于它对电网和负载的严重谐波污染在中小容量领域内已越来越没有发展前途。随着电力电子器件的不断更新换代，用IGBT、MOSFET等高频器件将斩波调压技术从DC/DC变换发展到AC/AC变换，实现了能从电网吸取正弦电流并向负载提供正弦可调电压的装置，从而克服了晶闸管电路的上述弱点，形成了以交流斩波调压技术为基础的交流调压开关变换系列。 2.4.1 基本原理
交流斩波调压电路的结构原理和调制过程如图2-8所示。图中S为由可关断的功率管组成的双向理想开关，当它们按某一频率开通和关断时，即可控制每一周波内电源电压接负载的通断时间比，达到改变负载电压有效值的目的。
设图中ui(t)为一连续电压变量。S按开关函数e(t)分合。e(t)值为1和0的二值函数。其中1表征S的开通，0表征S的关断。其输出电压为:
uo= ui(t)*e(t) (2-10)
式2-10和图2-9说明，这种交流调压器的输出不再是连续的函数，而变成了离散量。若要用这种方法达到交流调压的目的，uo应能从波形上恢复ui信号。下面讨论实现这种恢复的条件。
设e(t),ui(t),uo(t)的傅氏变换式分别为：
F[e(t)]=E(?) F[ui(t)]=Ui(?) F[uo(t)]=Uo(?)
根据调制性质及式（3-10）可得：
1Uo(?)=E(?)?Ui(?) （2-11）
2?由于e(t)为矩形脉冲函数，设其周期为T，则有：
E(?)=F[e(t)]=2??CK?(??K?e) （2-12）
????式中 ?e?2?Sin(K?D) ，CK? ，?为单
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图2- 8 交流斩波调压电路的调制过程