不平衡电网下的无功补偿控制策略

杨朝强，付子义，董彦杰



不平衡电网下的无功补偿控制策略

杨朝强1,2，付子义1，董彦杰1

（1. 河南理工大学电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000；2. 神华国能焦作电厂有限公司，河南 焦作 454000）

针对电网电压不平衡下的无功补偿问题，提出一种利用静止无功发生器（SVG）在不平衡电网下正、负序电流独立控制的无功补偿控制方法。该方法采用,坐标下结构完全对称的正、负序双电流内环控制以实现对正、负序电流的独立调节，在正序电流内环控制环节对检测出的无功分量进行控制，在负序电流内环控制环节对检测出的电网电流不平衡分量进行控制。对该控制方法的原理进行分析，最后通过仿真验证了该方法的正确性和可行性。

无功补偿；不平衡电网；静止无功发生器；正负序电流

0 引言

在电力系统中，无法保证系统每时每刻都处于三相电网平衡的状态[1]，各种不平衡在所难免，电网不对称故障、负载的不平衡以及输电线路阻抗的不平衡等原因都可导致电网不平衡现象[2]。随着新能源占比快速提高，且新能源机组不具备常规电源的动态无功支撑能力，系统动态无功储备急剧下降，电压调节能力降低，当电网出现不平衡时，电网电压崩溃风险将加大；要保证现代电网运行的安全、可靠性，平稳、经济性，研究不平衡下的无功补偿是很有必要的[3]。

电力系统中大部分元件是阻感性的，需要消耗容性无功。电力系统运行中无功功率虽然不对外做功，但却能够补充电网电压降落所消耗的能量，稳定电网系统的电压[4]。无功补偿技术不仅可以对电网中的感性无功功率进行补偿，来提高电网的功率因数和降低电网损耗，而且能改善配电网三相不平衡负载[5]。目前电网不平衡下的无功补偿研究大部分都是针对电网负载不平衡，而当电网电压出现不平衡时，负载不平衡下的无功补偿控制理论，无法对电网电流不平衡进行有效补偿。文献[6]采用TCR+FC型SVC(static var compensator)装置的,变换的控制策略，对负载不平衡进行了有效补偿，没有分析电网电压不平衡时带来的影响。文献[7]提出一种在不平衡电网下的SVG+APF并直流母线联合运行系统，能够在无功补偿和谐波抑制的同时实现对电网电压不平衡的有效补偿，该研究针对的是混合型补偿，适用于容量比较大的场合。

本文针对电网电压不平衡下的无功补偿，提出一种采用结构完全对称的正、负序,坐标下双电流内环控制的SVG无功补偿方法。该方法控制策略简明有效，不仅可以在不平衡电网下对无功进行补偿，还可以对电网不平衡进行补偿，通过对该方法控制策略进行分析，建立了基于matlab的仿真模型，通过仿真验证了该方法的正确性和可行性。

1 传统无功补偿的控制策略

图1 SVG基本结构

当三相负载不对称时，产生的三相负载电流中会出现负序电流，负序电流的存在不仅会影响补偿装置的正常运行还会对电网中的其它设备造成影响，因此需要对不平衡进行补偿，常规SVG补偿装置在补偿负载不平衡时通过检测出负载电流中的负序电流经反馈加入到控制环节中去补偿负序电流，常规SVG补偿装置控制如图2所示。

忽略耦合影响，常规SVG控制电压控制指令为[8]

图2 常规下无功补偿控制

2 改进后无功补偿的控制策略

图3 改进型无功补偿结构

正序电流内环前馈解耦控制算法为

引入负载负序电流的负序电流内环前馈解耦控制算法为

3 仿真分析

3.1 仿真参数

对两种控制策略的参数在三相负载不对称和电网电压不平衡时分别设置如下：

表1 三相负载不对称时仿真参数

Tab.1 Simulation parameters of three phase load asymmetry

表2 三相电压不平衡时仿真参数

Tab.2 Simulation parameters of unbalanced three-phase voltage

3.2 仿真结果分析

图4、5所示，在负载不平衡的情况下，常规无功补偿控制策略和改进型都能够对无功进行很好的补偿；图6、7可以看出常规型和改进型都能对负载的不平衡进行很好的补偿。而通过图8和图10可以看出，在电网电压不平衡时，常规无功补偿控制策略虽然能够对无功进行补偿，却不能对由电压不平衡造成的负序电流进行补偿；图9和图11是改进型无功补偿策略在电网电压不平衡时，对无功和负序电流的补偿图形，改进型能对无功进行很好的补偿，其中0.1 s时SVG投入，通过波形图可以清楚的看出0.1 s前后，无功补偿装置对无功的补偿作用十分明显，负序电流带来的电流不平衡也得到了很好的补偿。

图4 负载不平衡时常规无功补偿

图5 负载不平衡时改进型无功补偿

图6 常规下负载不平衡补偿

图7 改进型负载不平衡补偿

图8 电压不平衡时常规无功补偿

图9 电压不平衡时改进型无功补偿

图10 常规下电网不平衡补偿图

11 改进型电网不平衡补偿

综上，常规控制方法只能在三相负载不平衡情况下补偿无功的同时补偿不平衡，改进型控制方法既能够在电网电压不平衡情况下也能在三相负载不平衡情况下补偿无功的同时补偿不平衡。

4 结论

通过Matlab/SIMULINK仿真，验证了在不平衡电网下SVG无功补偿控制方法的可行性。相比传统控制方法只能在三相负载不对称时补偿无功和不平衡，该控制方法能够在电网电压不平衡以及三相负载不对称的情况下既补偿无功又能对不平衡进行补偿。综上所述，该无功补偿控制策略是一种有效、可行方案。

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[5] 房雪涛. 配电网三相不平衡负载的无功补偿技术研究[D]. 东南大学, 2015.

[6] 张明江, 纪延超, 顾强. 三相不平衡与无功功率的综合补偿方法[J]. 电网技术, 2008(S1): 20-23.

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Control Strategy of Reactive Power Compensation Under Unbalanced Grid

YANG Chao-qiang1,2, FU Zi-yi1, DONG Yan-jie1

(1. College of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China; 2. Shenhua Guoneng Jiaozuo Dianchang Co., Ltd, Jiaozuo 454000, China)

Aiming at the problem of reactive power compensation under unbalanced grid voltage, a reactive power compensation control method based on static var generator (SVG) independent control of positive and negative sequence current in unbalanced grid is proposed. In this method, both positive and negative sequence current inner loop control with symmetrical structure in D and Q coordinates are used to realize independent regulation of positive and negative sequence current. The detected reactive power component is controlled in the positive sequence current inner loop control link and the detected unbalanced current component is controlled in the negative sequence current inner loop control link. The principle of the control method is analyzed, and the correctness and feasibility of the method are verified by simulation.

Reactive power compensation; Unbalanced grid; Static var generator; Positive and negative sequence current

TM714

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.11.022

杨朝强(1991-)，男，助理工程师/硕士研究生，研究方向：控制工程；付子义(1958-)，男，教授，博士/硕士生导师，从事电力系统自动化、智能信息处理、矿井综合自动化等研究；董彦杰(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：电力电子与电气传动。

杨朝强，付子义，董彦杰. 不平衡电网下的无功补偿控制策略[J]. 软件，2018，39（11）：96-100