基于间接电流控制的SVG仿真研究

/国网新疆电力公司电力科学研究院　李开鑫　冯斌　马涛/



基于间接电流控制的SVG仿真研究

/国网新疆电力公司电力科学研究院李开鑫冯斌马涛/

摘要：本文在PSIM软件中搭建了单变量控制和双变量控制SVG的仿真模型，仿真结果表明，单变量控制和双变量和控制，均能够实现无功功率的动态跟踪，但单变量控制的直流侧电压是随动的，且其响应速度较双变量控制要慢。

关键词：瞬时无功理论；间接电流控制；静止无功发生器

0　引言

静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）的控制策略有间接电流控制和直接电流控制两种［1］，间接电流控制主要是控制调制深度和控制角，而直接电流控制主要是电流跟踪控制。本文主要通过搭建间接电流控制的SVG仿真平台，验证其控制策略的可行性，并对比其优缺点。

1　SVG的工作机理

基于电压源变换器（Voltage Source Converter，VSC）拓扑的SVG主电路如图1所示。

图1　SVG基本电路结构

SVG的基本原理就是通过控制逆变输出电压的幅值和相位，来控制逆变器输出的无功功率，从而实现动态无功补偿［2］。

VSC逆变输出电压为UC，电网电压为Us，当UC>Us时，SVG发出容性无功；当UC=Us时，SVG没有输出；当UC

2　SVG的控制策略

对于希望在交流侧逆变输出基频正弦电压的VSC而言，交流侧基频线电压有效值与直流电压始终成正比，即

式中，Udc为直流侧电压，λ为PWM的调制深度，kc为电压变换系数。

由式（2.1）可知，要控制VSC逆变输出的电压Uc的幅值，可有两个途径：一是调节VSC的PWM调制深度λ，二是调节VSC直流侧电压Udc。

把图1的SVG可以等效为一个电压源，其电压相位和电源电压相位相差为δ，则两个交流系统传输的功率为

由上式可以看出：δ和有功功率关系紧密，Uc和无功功率关系紧密。从SVG的能量平衡角度来分析，有功功率的增量等于总有功功率减去SVG的运行损耗，对于一个基波周波平均而言，电感储能1/2LΔI2趋向于零；因此有功功率的增量转化为电容储能1/2CΔU2，进而导致直流电压的变化。由此也可看出，有功功率与直流电压有关，而δ与有功功率有关，因此调节δ可以调节直流电压。

综上所述，SVG有两个可控变量，一个是VSC的调制深度λ，另一个是VSC的控制角δ。则SVG控制策略的因果关系如下所示

（1）单变量δ的生成

利用瞬时无功理论计算出负载的无功功率作为指令功率，然后在计算出SVG发出的无功功率，让SVG发出的无功功率和指令功率做差，在经过PI调节器，得到δ，而此时λ取常数。

（2）双变量λ和δ的生成

同理计算出SVG发出的无功功率和指令无功功率做差，在经过PI调节器，得到λ，直流电压与直流电压的给定值进行做差比较，经过PI调节器，得到δ。

（3）SVPWM调制信号的生成

单变量δ控制和双变量λ和δ控制调制信号的形成是一样的，利用λ和δ形成调制信号，λsin（ ωt+δ）且相位一次相差120°，然后在根据指令电压和空间电压矢量原理形成SVPWM脉冲，控制IGBT的开通与关断。

3　仿真

本文采用PSIM6.0软件进行仿真分析。设额定电压为380V，系统短路容量为20MVA，则实际电源系统可用理想电压源与系统等值阻抗的串联来表示。

主要参数的选择：额定电压Un=3 8 0 V，额定容量Qn=±100kvar，额定电流In=150A，等效电阻Rs=0.03Ω，交流连接电感Lc=1mH，直流电容C=2200μF，直流电压的参考值Udc=800V，PWM调制采用SVPWM，开关频率fs=10kHz。

单变量δ控制时，令λ=0.9；指令功率取±50kvar，每隔0.5s指令功率性质发生变化。从单变量和双变量控制下波形图可以看出，SVG发出的无功功率能够跟上指令无功的变化，在0～0.5s时SVG发出容性无功功率，在0.5～1.0sSVG发出感性无功功率，印证了和指令无功的对应关系，均能够实现无功功率的动态补偿。

图2　单变量δ控制下指令无功功率与SVG发出的无功功率

图3　单变量δ控制下电网电压和SVG发出的无功电流

图4　单变量δ控制下直流侧

图5　双变量λ和δ控制下指令无功功率与SVG发出的无功功率

图6　双变量λ和δ控制下电网电压和SVG发出的无功电流

图7　双变量λ和δ控制下直流侧电压

然而，双变量λ和δ控制下直流侧电压能够稳定在800V，单变量δ控制时，直流侧电压是随动的，在实际中电容器两侧电压的频繁变动会对电容器的寿命产生一定的影响；双变量λ和δ控制下SVG发出的无功功率速度要比单变量δ控制要快。

4　结束语

本文搭建了基于单变量δ控制、双变量λ和δ同时控制的SVG主电路仿真模型，论证了这两种控制策略能够实现SVG发出感性和容性无功，并且能够跟踪指令无功的变化，双变量λ和δ同时控制能够稳定直流侧电压，且响应速度较单变量δ控制要快。

参考文献：

［1］张兴，张崇巍. PWM 整流器及其控制策略的研究［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［2］王兆安，杨君，刘进军，等. 谐波抑制和无功功率补偿［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］徐惠勇，无功功率补偿中SVG技术的研究现状与发展［J］. 应用能源技术，2012，172（4）： 31-33.

［4］VlatkovicV，BorojevicD.Digital-signal-processor-based control of threephase space vector modulated converters［C］，Applied Power Electronics Conference and Exposition ，1993：888-894.