靜止無功補償器電壓調節(jié)器的仿真與實驗研究

1 SVC電壓調節(jié)器工作原理設計

SVC電壓調節(jié)器的主要作用是處理測量到的系統(tǒng)變量，產(chǎn)生一個與補償所需無功功率成正比的輸出信號。電壓調節(jié)器可根據(jù)SVC的具體應用，采用不同的控制變量和傳遞函數(shù)來實現(xiàn)。

電壓調節(jié)器的PI型調節(jié)器的傳遞函數(shù)如下：

式中：KV為電壓凋節(jié)器的穩(wěn)態(tài)增益；TV為電壓調節(jié)器的積分時間常數(shù)。KV和TV具體數(shù)據(jù)在對整個系統(tǒng)進行仿真優(yōu)化后確定。

電壓調節(jié)器的作用過程可描述為：將測量所得到的控制變量與參考信號Vref相比較，然后將誤差信號輸入到控制器的傳遞函數(shù)，控制器輸出一個標幺值電納Bref相比較，這個信號的大小應可以使控制誤差減小，并達到穩(wěn)態(tài)誤差為零，然后電納信號Bref被傳送到觸發(fā)脈沖發(fā)生電路。SVC電壓調節(jié)器與SVC控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

2 電壓調節(jié)器綜合控制策略

一般在工程中控制器設計以閉環(huán)負反饋控制為主，控制法主要是比例積分型，本文采用文獻提出的閉環(huán)PI調節(jié)與其他加權控制策略的電壓調節(jié)器綜合控制策略，設計SVC的電壓控制器。

當母線電壓與電壓參考值存在差值，調節(jié)器傳遞函數(shù)由三部分按不同的比例系數(shù)加權組成：

第一部分傳遞函數(shù)為·0.1；第二部分為傳遞函數(shù)為；第三部分為PI算法傳遞函數(shù)為10+75/s，三部分加權系數(shù)分別為0.1，0.5，0.7。這種加權控制策略如圖2所示。

圖中，Bref是BTCR的參考等效電納值。由BTCR得到BSVC的計算結果為：

3 SVC主電路軟件仿真結果

本文以Matlab Version 7.0為平臺，在Simulink仿真環(huán)境下，以SimPowerSystems電力系統(tǒng)模塊庫為工具，對三相TCR電路及TCR與濾波器構成的SVC電路進行仿真分析。其中電壓調節(jié)采用上述PI與其他傳遞函數(shù)加權控制策略。觸發(fā)模塊的核心是同步六脈沖發(fā)生器(Synchroniz ed 6-Pulse Generator)。通過Vab，Vbc和Vca三個電壓測量模塊對電源的線電壓進行實時測量，并將測量結果送入同步六脈沖發(fā)生器中，然后同步六脈沖發(fā)生器就可根據(jù)線電壓和指定的觸發(fā)角生成與電壓過零時刻有固定相位差的六脈沖信號，并經(jīng)Pulse Y模塊分開，分別送往三相TCR去觸發(fā)晶閘管。電源線電壓有效值為100 V，頻率為50 Hz，TCR電感值為1 mH，仿真算法采用Ode23tb變步長模式解法。給定觸發(fā)角時要注意圖中晶閘管觸發(fā)角的有效作用范圍為90°≤α≤180°。 圖3為采用示波器模塊Wavel觀測到的當計算得到觸發(fā)角為120°時二次側線電壓、電流和TCR每相電流的波形以及一次側電壓、電流波形。

同時，利用Simulink中的有效值測量模塊(RMS)以及傅里葉分析模塊(Fourier)可以測定電流的總有效值和基波及任意次諧波的幅值。下面通過powergui模塊對波形進行諧波分析。圖4所示是觸發(fā)角為120°時變壓器二次側的線電壓波形分析?？梢钥闯鲆驗樽儔浩鞯挠绊懀沟枚蝹染€電壓中含有了5，7，11，13等次的諧波，線電壓波形產(chǎn)生畸變，但諧波較小，總諧波畸變率為4.18%，因而畸變并不很明顯。

從圖4可以看出，一次側電流波形與二次側電流波形相比發(fā)生了變化，這是因為二次側電流中除基波外還含有奇次諧波，而變壓器對基波和各諧波的影響不同，使得疊加之后的一次側電流與二次側電流不同。另外，一次側電壓波形是正弦，而二次側的電壓波形雖然仍近似于正弦但卻有一些畸變，這是因為諧波電流在變壓器上產(chǎn)生了畸變電壓，從而影響了變壓器二次側的電壓波形。從仿真結果可以看出，所設計的SVC裝置電壓調節(jié)器可以保證電壓的實時調節(jié)，并通過無功功率調節(jié)使諧波畸變得到明顯改善且諧波分量較小。4 實驗驗證

將電壓調節(jié)器設置為閉環(huán)PI加其他加權控制模式，當系統(tǒng)35kV電壓發(fā)生變化時，觀察投入SVC調節(jié)器前后系統(tǒng)電壓的變化。試驗結果如圖5所示。(計算所得觸發(fā)角為120°，與仿真結果作比較)

由圖5可以看出，閉環(huán)控制電壓可以實時控制母線電壓，補償無功功率，根據(jù)電納計算得的TCR晶閘管觸發(fā)角計算正確，閉環(huán)控制策略有效。

5 結語

對電力系統(tǒng)進行合理的無功補償可以減少線路的電壓降，穩(wěn)定負載端電壓，減少功率損耗和提高電壓的功率因數(shù)。通過對靜止無功補償器(SVC)電壓調節(jié)器控制策略的分析，設計了基于電壓差值加權控制策略的電壓調節(jié)器，采用閉環(huán)PI與其他加權控制策略結合的傳遞函數(shù)計算SVC裝置等效電納。并通過電路仿真模型驗證算法并進行諧波分析。最后通過閉環(huán)的物理-數(shù)字仿真系統(tǒng)對所設計的電壓調節(jié)器進行功能測試和研究。