新型靜止無功補償器控制方法及仿真

1、電能質(zhì)量lPowerQuality新型靜止無功補償器控制方法及仿真介紹了采用三相變流器為主電路結(jié)構的靜止無功補償器裝置的結(jié)構及其原理，采用基于瞬時無功功率的檢算方法，對兩種控制策略進行了介紹，分析其優(yōu)缺點并進行Matlab仿真，驗證各種控制策略的補償效果及其動態(tài)響應等方面的能力，從而為靜止無功補償器投入實際應用提供實驗佐證。李媛湯鈺鵬／dE京交通大學申，氣工程學院李媛關鍵~Keywords靜止無功補償器瞬時無功理論控制策略仿真隨著大功率

2、電力電子器件的發(fā)展，無功電流對電力系統(tǒng)的影響已不容忽視。無功補償對維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟運行、改善電能質(zhì)量意義重大。靜止無功補償器(StaticVarGenerator，SVG)較之傳統(tǒng)的無功補償裝置，具有響應速度快、吸收無功連續(xù)、諧波電流小以及損耗低等優(yōu)點，已成為高效無功補償?shù)囊粋€發(fā)展方向。本文介紹了SVG的原理和幾種控制策略，并利用Matlab，在一定的無功電流檢測方法下，對SVG的多種控制策略進行仿真比較，驗證了各種控制策略的補

3、償效果及其動態(tài)響應等方面的能力。SVG原瑾及控制方法SVG原理如圖1所示。將自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過控制開關器件的通斷，來調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或L)●)I————=——盔I2I3圖1SVG基本電路結(jié)構圖58I嘭與‘鉑石化電氣2008年第27卷第22期發(fā)出所需無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹VG單相等效電路及工作原理如圖2所示。電網(wǎng)電壓和變流器交流側(cè)基波電壓分

4、別用相量和表示，電抗上的電壓即為。和的相量差，連接電抗的電流可由其電壓來控制。該電流即為SVG從電網(wǎng)吸收的電流，。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無功功率的性質(zhì)和大小。J木li，，L——————————■_—■———一電流超前電流滯后(a)單相等效電路(b)工作相量圖圖2SVG等效電路及工作原理(不考慮損耗)SVG控制方法是SV

5、C及其相關技術的重點研究課題之一。根據(jù)補償要實現(xiàn)的功能和應用場合，目前SVG的控制可以分為電流間接控制和電流直接控制。電流間接控制法雖然經(jīng)過算法改進和檢測電流方法的改進，其動態(tài)響應能力有了一定提高，但總體的動態(tài)響應不如直接控制。本文就兩種直接電流控制策略進行仿真比較，探討其穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。1滯環(huán)瞬時比較控制一單相采用滯環(huán)比較器的瞬時值比較方式控制原理圖如圖3所示。通過檢算方法得出的補償電流指令信號與逆變器(VSI)實際發(fā)出的補償電流信號

6、i進行比較，兩者的偏差△作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制VSI主電電能質(zhì)量IPowerQuality會消耗掉少量有功功率，所以用△代替原來的i可使這部分能量得到補充，從而使電容電壓穩(wěn)定。這種檢測方法由于不用檢測諧波成分，對開關頻率的限制降低，使采用大功率開關器件(GTO)成為可能，從而能設計出較大容量的系統(tǒng)。由于開關頻率的降低，輸出的電壓會產(chǎn)生大量的諧波，此時可以采用多重化，或結(jié)合多電平技術加以改善。其轉(zhuǎn)換關系式為f、ip)

7、=CC32ri、一COSJI1CIibl—Slno)t／JJi。／∞1(2)～sino)t八8／=蒸1此處正變換得到i的通道斷開不用。在反變換中用11ic==czs()==cz。iq)。(3)穩(wěn)套撬銹真結(jié)累分梧為了驗證電流滯環(huán)瞬時比較法和三角波比較法兩種控制方法，在同樣的電流檢測方法下，進行Matlab仿真分析。系統(tǒng)負載選用電感加晶閘管相控整流橋結(jié)構。U=220V，f=50Hz。仿真時間為02s，即10個周期。采用滯環(huán)瞬時值比較方法的S

8、VG波形圖如圖8所示。滯環(huán)環(huán)寬為02A，器件的開關頻率被限制最高為10kHz，直流側(cè)電容電壓的給定信號為800V。對比圖8a、b可知，補償前后電流的波形有了很大的改善，尤其在與電壓的相位差上，有大大的縮小。對比圖8c、d，無功補償?shù)男Ч鼮槊黠@。補償前穩(wěn)態(tài)下系統(tǒng)的無功功率大約為800var；補償后幾乎將為零，且有功功率有了一60f與明石化電氣2008年第27卷第22期定提高。說明該控制策略可以達到補償無功的目的，且提高了裝置容量。：一2

9、50奄妻(a)補償前電源側(cè)電壓和電流波形／／一i＼』0、一＼j＼、卜一，』I』I＼I11Ⅵ一＼／＼／＼／1、一O0010O2OO30040O50060070O80090l0t／s(b)補償后電源側(cè)電壓和電流波形／＼＼＼0／一。／／7|／l(C)補償前有功功率P與無功功率QI一3／＼／，1|i／／＼，00O100200300400500600700800901Ot／s(d)補償后有功功率P與無功功率Q圖8采用滯環(huán)瞬時值比較方法的波形圖同樣