基于電流檢測法的靜止無功發(fā)生器仿真研究

劉鳳杰，傅保偉，楊波

基于電流檢測法的靜止無功發(fā)生器仿真研究

劉鳳杰，傅保偉，楊波

（齊齊哈爾大學(xué) 計算機與控制工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

以電壓型靜止無功發(fā)生器作為研究對象，基于瞬時無功功率理論的電流檢測方法，應(yīng)用MATLAB設(shè)計靜止無功發(fā)生器控制驗證實驗，討論靜止無功發(fā)生器在容性負(fù)載，感性負(fù)載和不平衡負(fù)載的情況下無功補償?shù)膬?yōu)良特性。

靜止無功發(fā)生器；無功補償；電流檢測法；MATLAB仿真

電力系統(tǒng)中，電力電子元件不僅需要有功功率的補充，還要消耗大量的無功功率，系統(tǒng)中不平衡和非線性負(fù)荷的存在，再次增加電力系統(tǒng)中的無功功率，導(dǎo)致大量的線路損耗，使功率因數(shù)降低，線路壓降增大，電能質(zhì)量受到影響[1]。無功功率補償已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行研究的一個重要組成部分[2]。常用的無功補償裝置有移相電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器，相較于前三者，靜止無功發(fā)生器是基于變流器的補償裝置，采用類似IGBT的全控型電力電子器件來組成橋式電路，將電抗器和電網(wǎng)并聯(lián)，相當(dāng)于一個可調(diào)逆變電壓源，通過調(diào)整其變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，可保持最大無功電流不變，具有抑制諧振，諧波較小、連續(xù)吸收的優(yōu)點[3]。

1 無功發(fā)生器補償原理

靜止無功發(fā)生器根據(jù)直流側(cè)儲能元件不同，分為電壓型和電流型?？紤]同儲能下體積、價格及諧波成分等因素，電壓型靜止無功發(fā)生器應(yīng)用更為廣泛，如圖1。直流側(cè)用電容器作為儲能元件，吸收換相產(chǎn)生的過電壓，交流側(cè)電感用于抑制高次的頻率諧波。電容器通過三相橋式逆變電路，實現(xiàn)直流變交流，經(jīng)過電感與電網(wǎng)相連，達到無功補償效果[4]。

圖1 電壓型SVG

不考慮損耗，電力系統(tǒng)中只有電感的存在，無需從電網(wǎng)中來吸收能量補充。電感電壓和電網(wǎng)電壓的相位保持一致，改變交流側(cè)輸出電壓的幅值，使從電網(wǎng)中吸收的電流與電壓的相位發(fā)生變化。當(dāng)電網(wǎng)電壓小于輸出電壓，流過電感的電流超前電感電壓90°，無功發(fā)生器對電路中的容性無功進行補償。反之，流過電感的電流滯后電感電壓90°，對電路中的感性無功進行補償。非理想情況下，變流器和線路的內(nèi)阻一定產(chǎn)生損耗，電網(wǎng)的電壓與電流相位差將大于90°，需通過改變電流器電壓與電網(wǎng)電壓的相位差，控制變流器電壓的幅值改變交流側(cè)輸出電流的幅值和相位，從而實現(xiàn)無功補償。

2 id-iq無功電流檢測法

法無功電流檢測原理如圖2所示。檢測法在電流檢測法的基礎(chǔ)上，增加了鎖相環(huán)，來防止電壓畸變產(chǎn)生的不良影響，同時相對于電流檢測法減少了計算，將坐標(biāo)系下的電流直接轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)軸下。電壓U經(jīng)過鎖相環(huán)PLL使電壓得以保持，三相電流經(jīng)過轉(zhuǎn)換矩陣從三相坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)軸得到有功和無功電流和，經(jīng)過低通濾波器LPF，來濾除掉交流分量；而后經(jīng)過逆變換，得到正弦電網(wǎng)的基波電流。

圖2 id-iq檢測法框圖

3 靜止無功發(fā)生器仿真實驗設(shè)計及分析

利用MATLAB建立靜止無功發(fā)生器的仿真系統(tǒng)，主要包括電源部分、負(fù)載部分、靜止無功發(fā)生器變流器主電路、脈沖驅(qū)動部分、控制部分及測量部分。其中三相電源電壓為2000V，頻率為50Hz，靜止無功發(fā)生器的交流側(cè)電感為0.003H，電阻為0.5Ω，靜止無功發(fā)生器直流側(cè)的電容為0.024F。分別對容性負(fù)載、感性負(fù)載、不平衡負(fù)載情況進行仿真，補償效果如圖3所示。可以看出通過無功補償后電流和電壓均同相位。進而可利用實驗設(shè)計討論在容性負(fù)載和感性負(fù)載交替時，功率因數(shù)變化及不平衡負(fù)載時輸出電壓電流的畸變程度。

圖3 補償前、后電壓電流波形

4 結(jié)論

本文通過分析電壓型靜止無功發(fā)生器的補償原理，建立了它的仿真架構(gòu)，基于電流檢測法驗證了靜止無功發(fā)生器的控制策略。得到了靜止無功發(fā)生器在容性負(fù)載，感性負(fù)載和不平衡負(fù)載的情況下無功補償?shù)膬?yōu)良特性。

[1] HSIAO, BU YUAN, LIN, CHANG-CHYI. Post-CABG CAD with only one SVG Left[J]. Journal of the American College of Cardiology, 2019, 73(15): 126-127.

[2] 梁繼國，劉毅力，馬龍濤，等. 靜止無功發(fā)生器控制系統(tǒng)的仿真[J]. 計算機與數(shù)字工程，2018, 46(07): 1349-1353.

[3] 馮占偉．配電網(wǎng)靜止無功發(fā)生器的研究與實現(xiàn)[D]. 鄭州：中原工學(xué)院，2016: 35-37．

[4] 粟時平. 靜止無功功率補償技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2006: 1-5; 99-127．

Simulation research of static var generator based on current detection method

LIU Feng-jie，F(xiàn)U Bao-wei，YANG Bo

(School of Computer and Control Engineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161000, China)

The voltage-type static var generator is taken as the object in this paper. Thecurrent detection method based on instantaneous reactive power theory is analyzed. The control strategy of the voltage-type static var generator is verified by simulation experiment，which is designed by MATLAB. The excellent characteristics of reactive power compensation under capacitive load, inductive load and unbalanced load are discussed.

static var generator；reactive compensation；current detection；MATLAB simulation

2022-03-11

黑龍江省普通高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費科研項目（135409224）

劉鳳杰（1978-），女，黑龍江克山人，助理實驗師，主要從事計算機應(yīng)用研究，liufengjie@126.com。

TM714.3

A

1007-984X(2022)04-0029-02