新型靜止無功補(bǔ)償器控制方法及仿真

1、電能質(zhì)量lPowerQuality新型靜止無功補(bǔ)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(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器裝置的結(jié)構(gòu)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(jìn)行了介紹，分析其優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行Matlab仿真，驗(yàn)證各種控制策略的補(bǔ)償效果及其動態(tài)響應(yīng)等方面的能力，從而為靜止無功補(bǔ)償器投入實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)佐證。李媛湯鈺鵬／dE京交通大學(xué)申，氣工程學(xué)院李媛關(guān)鍵~Keywords靜止無功補(bǔ)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(bǔ)償對維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、改善電能質(zhì)量意義重大。靜止無功補(bǔ)償器(StaticVarGenerator，SVG)較之傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置，具有響應(yīng)速度快、吸收無功連續(xù)、諧波電流小以及損耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為高效無功補(bǔ)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(jìn)行仿真比較，驗(yàn)證了各種控制策略的補(bǔ)

3、償效果及其動態(tài)響應(yīng)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(guān)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(gòu)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(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)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(guān)技術(shù)的重點(diǎn)研究課題之一。根據(jù)補(bǔ)償要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)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(jìn)和檢測電流方法的改進(jìn)，其動態(tài)響應(yīng)能力有了一定提高，但總體的動態(tài)響應(yīng)不如直接控制。本文就兩種直接電流控制策略進(jìn)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(bǔ)償電流指令信號與逆變器(VSI)實(shí)際發(fā)出的補(bǔ)償電流信號

6、i進(jìn)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(bǔ)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(guān)頻率的限制降低，使采用大功率開關(guān)器件(GTO)成為可能，從而能設(shè)計出較大容量的系統(tǒng)。由于開關(guān)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(shù)加以改善。其轉(zhuǎn)換關(guān)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(yàn)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(jìn)行Matlab仿真分析。系統(tǒng)負(fù)載選用電感加晶閘管相控整流橋結(jié)構(gòu)。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(guān)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(bǔ)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(bǔ)償?shù)男Ч鼮槊黠@。補(bǔ)償前穩(wěn)態(tài)下系統(tǒng)的無功功率大約為800var；補(bǔ)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(dá)到補(bǔ)償無功的目的，且提高了裝置容量。：一2

9、50奄妻(a)補(bǔ)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(bǔ)償后電源側(cè)電壓和電流波形／＼＼＼0／一。／／7|／l(C)補(bǔ)償前有功功率P與無功功率QI一3／＼／，1|i／／＼，00O100200300400500600700800901Ot／s(d)補(bǔ)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