基于間接電流控制的SVG仿真研究

/國(guó)網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院　李開鑫　馮斌　馬濤/

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基于間接電流控制的SVG仿真研究

/國(guó)網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院李開鑫馮斌馬濤/

摘要：本文在PSIM軟件中搭建了單變量控制和雙變量控制SVG的仿真模型，仿真結(jié)果表明，單變量控制和雙變量和控制，均能夠?qū)崿F(xiàn)無功功率的動(dòng)態(tài)跟蹤，但單變量控制的直流側(cè)電壓是隨動(dòng)的，且其響應(yīng)速度較雙變量控制要慢。

關(guān)鍵詞：瞬時(shí)無功理論；間接電流控制；靜止無功發(fā)生器

0　引言

靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，SVG）的控制策略有間接電流控制和直接電流控制兩種［1］，間接電流控制主要是控制調(diào)制深度和控制角，而直接電流控制主要是電流跟蹤控制。本文主要通過搭建間接電流控制的SVG仿真平臺(tái)，驗(yàn)證其控制策略的可行性，并對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)。

1　SVG的工作機(jī)理

基于電壓源變換器（Voltage Source Converter，VSC）拓?fù)涞腟VG主電路如圖1所示。

圖1　SVG基本電路結(jié)構(gòu)

SVG的基本原理就是通過控制逆變輸出電壓的幅值和相位，來控制逆變器輸出的無功功率，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償［2］。

VSC逆變輸出電壓為UC，電網(wǎng)電壓為Us，當(dāng)UC>Us時(shí)，SVG發(fā)出容性無功；當(dāng)UC=Us時(shí)，SVG沒有輸出；當(dāng)UC

2　SVG的控制策略

對(duì)于希望在交流側(cè)逆變輸出基頻正弦電壓的VSC而言，交流側(cè)基頻線電壓有效值與直流電壓始終成正比，即

式中，Udc為直流側(cè)電壓，λ為PWM的調(diào)制深度，kc為電壓變換系數(shù)。

由式（2.1）可知，要控制VSC逆變輸出的電壓Uc的幅值，可有兩個(gè)途徑：一是調(diào)節(jié)VSC的PWM調(diào)制深度λ，二是調(diào)節(jié)VSC直流側(cè)電壓Udc。

把圖1的SVG可以等效為一個(gè)電壓源，其電壓相位和電源電壓相位相差為δ，則兩個(gè)交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β蕿?/p>

由上式可以看出：δ和有功功率關(guān)系緊密，Uc和無功功率關(guān)系緊密。從SVG的能量平衡角度來分析，有功功率的增量等于總有功功率減去SVG的運(yùn)行損耗，對(duì)于一個(gè)基波周波平均而言，電感儲(chǔ)能1/2LΔI2趨向于零；因此有功功率的增量轉(zhuǎn)化為電容儲(chǔ)能1/2CΔU2，進(jìn)而導(dǎo)致直流電壓的變化。由此也可看出，有功功率與直流電壓有關(guān)，而δ與有功功率有關(guān)，因此調(diào)節(jié)δ可以調(diào)節(jié)直流電壓。

綜上所述，SVG有兩個(gè)可控變量，一個(gè)是VSC的調(diào)制深度λ，另一個(gè)是VSC的控制角δ。則SVG控制策略的因果關(guān)系如下所示

（1）單變量δ的生成

利用瞬時(shí)無功理論計(jì)算出負(fù)載的無功功率作為指令功率，然后在計(jì)算出SVG發(fā)出的無功功率，讓SVG發(fā)出的無功功率和指令功率做差，在經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到δ，而此時(shí)λ取常數(shù)。

（2）雙變量λ和δ的生成

同理計(jì)算出SVG發(fā)出的無功功率和指令無功功率做差，在經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到λ，直流電壓與直流電壓的給定值進(jìn)行做差比較，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，得到δ。

（3）SVPWM調(diào)制信號(hào)的生成

單變量δ控制和雙變量λ和δ控制調(diào)制信號(hào)的形成是一樣的，利用λ和δ形成調(diào)制信號(hào)，λsin（ ωt+δ）且相位一次相差120°，然后在根據(jù)指令電壓和空間電壓矢量原理形成SVPWM脈沖，控制IGBT的開通與關(guān)斷。

3　仿真

本文采用PSIM6.0軟件進(jìn)行仿真分析。設(shè)額定電壓為380V，系統(tǒng)短路容量為20MVA，則實(shí)際電源系統(tǒng)可用理想電壓源與系統(tǒng)等值阻抗的串聯(lián)來表示。

主要參數(shù)的選擇：額定電壓Un=3 8 0 V，額定容量Qn=±100kvar，額定電流In=150A，等效電阻Rs=0.03Ω，交流連接電感Lc=1mH，直流電容C=2200μF，直流電壓的參考值Udc=800V，PWM調(diào)制采用SVPWM，開關(guān)頻率fs=10kHz。

單變量δ控制時(shí)，令λ=0.9；指令功率取±50kvar，每隔0.5s指令功率性質(zhì)發(fā)生變化。從單變量和雙變量控制下波形圖可以看出，SVG發(fā)出的無功功率能夠跟上指令無功的變化，在0～0.5s時(shí)SVG發(fā)出容性無功功率，在0.5～1.0sSVG發(fā)出感性無功功率，印證了和指令無功的對(duì)應(yīng)關(guān)系，均能夠?qū)崿F(xiàn)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

圖2　單變量δ控制下指令無功功率與SVG發(fā)出的無功功率

圖3　單變量δ控制下電網(wǎng)電壓和SVG發(fā)出的無功電流

圖4　單變量δ控制下直流側(cè)

圖5　雙變量λ和δ控制下指令無功功率與SVG發(fā)出的無功功率

圖6　雙變量λ和δ控制下電網(wǎng)電壓和SVG發(fā)出的無功電流

圖7　雙變量λ和δ控制下直流側(cè)電壓

然而，雙變量λ和δ控制下直流側(cè)電壓能夠穩(wěn)定在800V，單變量δ控制時(shí)，直流側(cè)電壓是隨動(dòng)的，在實(shí)際中電容器兩側(cè)電壓的頻繁變動(dòng)會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生一定的影響；雙變量λ和δ控制下SVG發(fā)出的無功功率速度要比單變量δ控制要快。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文搭建了基于單變量δ控制、雙變量λ和δ同時(shí)控制的SVG主電路仿真模型，論證了這兩種控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)SVG發(fā)出感性和容性無功，并且能夠跟蹤指令無功的變化，雙變量λ和δ同時(shí)控制能夠穩(wěn)定直流側(cè)電壓，且響應(yīng)速度較單變量δ控制要快。

參考文獻(xiàn)：

［1］張興，張崇巍. PWM 整流器及其控制策略的研究［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，等. 諧波抑制和無功功率補(bǔ)償［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］徐惠勇，無功功率補(bǔ)償中SVG技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］. 應(yīng)用能源技術(shù)，2012，172（4）： 31-33.

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