SVG的自適應(yīng)控制方法研究

汪云峰

【摘 要】針對靜止無功發(fā)生器傳統(tǒng)控制方法存在的缺陷，提出一種自適應(yīng)控制方法。結(jié)合某煤礦電網(wǎng)的負(fù)載情況，對靜止無功發(fā)生器進行了系統(tǒng)仿真，搭建了實驗驗證系統(tǒng)。通過仿真和實驗結(jié)果驗證了自適應(yīng)控制算法的有效性，使系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、抗負(fù)載擾動能力強等優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】靜止無功發(fā)生器；自適應(yīng)控制；無功補償；仿真

0引言

煤礦中的大功率沖擊性、非線性負(fù)荷的設(shè)備啟動和運行時，會使功率因數(shù)明顯降低，并且會產(chǎn)生諧波注入到電網(wǎng)中。靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，簡稱SVG）具有調(diào)節(jié)速度快，適用范圍寬，輸出無功電流諧波小[1]，裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定等許多優(yōu)點[2]。由于SVG能解決上述問題，因此是煤礦電網(wǎng)電能質(zhì)量領(lǐng)域的關(guān)注熱點，其中SVG的控制算法是一項重點研究內(nèi)容[3]。

目前靜止無功發(fā)生器常用的控制方法有滯環(huán)控制、三角波比較控制[3-4]、滑膜控制、空間電壓矢量控制[5]、SVPWM控制[5]等，但這些控制方法都存在缺陷。開關(guān)頻率不固定造成相當(dāng)嚴(yán)重的噪音；電流響應(yīng)速度慢?；た刂坪涂臻g電壓矢量控制，雖然控制性能在有所提高，但同時增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。根據(jù)上述問題，提出了一種自適應(yīng)控制策略。從SVG結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型入手，論述自適應(yīng)控制算法，提高了電壓的穩(wěn)定性，增強了系統(tǒng)魯棒性。通過MATLAB仿真和實驗驗證，本文所提出的自適應(yīng)控制策略在實際應(yīng)用中取得良好效果。

1 SVG的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型

SVG結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。SVG具有三相橋式逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)可分為電流型和電壓型。由于運行效率的原因，SVG大多采用電壓型電路，如圖1中所示。

SVG的工作原理可以用向量圖和單相等效電路圖來說明[5]。見各種參考文獻，這里不再贅述。

SVG的數(shù)學(xué)模型主要根據(jù)三相變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路的基本定理建立的數(shù)學(xué)描述。經(jīng)推導(dǎo)建立三相電壓型SVG的數(shù)學(xué)模型，如圖2所示。

2自適應(yīng)控制方法

本文提出一種自適應(yīng)控制方法。其控制方法分為三個獨立的控制回路：自適應(yīng)電壓、電流調(diào)節(jié)器和直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)器。這些調(diào)節(jié)器會保持連接點的電壓、電流幅值維持在給定的參考值。q軸電流和直流側(cè)電壓采用PI控制，通過最佳參數(shù)調(diào)節(jié)。自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的輸入是給定的電網(wǎng)電壓值，而且信號Z（K），代表有限的輸入序列識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過一個線性模型在狀態(tài)空間描述以下微分方程：

3仿真與實驗

為驗證SVG自適應(yīng)控制方法的正確性，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，根據(jù)煤礦負(fù)載情況其進行仿真。一些仿真參數(shù)如下：三相交流電源相電壓為220V，頻率為50Hz；功率負(fù)載為有功2000W、容性無功1800var；直流側(cè)電容為470?F；仿真時間為0.2s。

根據(jù)仿真圖和計算結(jié)果可以得出SVG補償性能，投入補償前電網(wǎng)電壓和電流存在一定的相位差，同時電流波形有一定的諧波成分；投入補償后不到半個周期，電網(wǎng)電壓和電流相位相同，且輸出電流畸變量大幅度降低，無功功率得到了一部分的補償?？梢郧宄牡贸鐾度胙a償前，由于電力系統(tǒng)中存在感性負(fù)載，因此功率因數(shù)大幅下降，系統(tǒng)的功率因數(shù)維持在0.5左右；投入補償后不到0.02s系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.98左右，功率因數(shù)有顯著的提高，無功功率得到了非常有效的補償。

為驗證本文方法的正確性和有效性，搭建了基于DSP的實驗平臺，對自適應(yīng)控制的無功補償方案進行調(diào)試。裝置主要參數(shù)為：三相交流電源相電壓為220 V，頻率為50 Hz；經(jīng)三相不可控整流橋接阻感負(fù)載10 ?，2 mH；IGBT為西門子生產(chǎn)的，其額定電壓、電流為1200 V、78A；并選用落木源IGBT驅(qū)動模塊；SVG輸出端濾波電抗為2 mH；通過實驗可以得出電流畸變量大幅度降低，相應(yīng)的負(fù)荷電流明顯下降，無功功率得到了很好的補償，功率因數(shù)顯著提高，補償效果顯著。

4結(jié)語

本文針對無功補償裝置SVG，提出一種自適應(yīng)控制策略。通過仿真與實驗證明該方法具有如下特點：避免了電壓大幅度波動，維持電壓的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的魯棒性。結(jié)構(gòu)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、有較好的諧波補償性能，顯著提高功率因數(shù)。實驗仿真及實驗波形表明，該系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能，而且輸出電流畸變量小、無功功率得到非常有效的補償，具有很高的實用價值和應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 孫曉穎，宋建成.一種礦用靜止無功發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].煤礦機電，2012（3）.

[2] 劉繞龍，馬小平，魏巍，張偉.直接電流控制的STATCOM 仿真研究[J].煤礦機電，2011（2）.

[3] 孫曉穎，宋建成，許春雨.基于直接電流控制的礦用無功發(fā)生器的研究[J].電力電子技術(shù)，2012，46（9）：52–54.