靜止無(wú)功補償器電壓調節器的仿真與實(shí)驗研究

1 SVC電壓調節器工作原理設計

SVC電壓調節器的主要作用是處理測量到的系統變量，產(chǎn)生一個(gè)與補償所需無(wú)功功率成正比的輸出信號。電壓調節器可根據SVC的具體應用，采用不同的控制變量和傳遞函數來(lái)實(shí)現。

電壓調節器的PI型調節器的傳遞函數如下：

式中：KV為電壓凋節器的穩態(tài)增益；TV為電壓調節器的積分時(shí)間常數。KV和TV具體數據在對整個(gè)系統進(jìn)行仿真優(yōu)化后確定。

電壓調節器的作用過(guò)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，控制器輸出一個(gè)標幺值電納Bref相比較，這個(gè)信號的大小應可以使控制誤差減小，并達到穩態(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電壓調節器與SVC控制系統的原理圖如圖1所示。

2 電壓調節器綜合控制策略

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調節與其他加權控制策略的電壓調節器綜合控制策略，設計SVC的電壓控制器。

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

第一部分傳遞函數為·0.1；第二部分為傳遞函數為；第三部分為PI算法傳遞函數為10+75/s，三部分加權系數分別為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(jìn)行仿真分析。其中電壓調節采用上述PI與其他傳遞函數加權控制策略。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(guò)Vab，Vbc和Vca三個(gè)電壓測量模塊對電源的線(xiàn)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)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)生器就可根據線(xiàn)電壓和指定的觸發(fā)角生成與電壓過(guò)零時(shí)刻有固定相位差的六脈沖信號，并經(jīng)Pulse Y模塊分開(kāi)，分別送往三相TCR去觸發(fā)晶閘管。電源線(xiàn)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(cháng)模式解法。給定觸發(fā)角時(shí)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(guān)測到的當計算得到觸發(fā)角為120°時(shí)二次側線(xiàn)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(shí)，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(guò)powergui模塊對波形進(jìn)行諧波分析。圖4所示是觸發(fā)角為120°時(shí)變壓器二次側的線(xiàn)電壓波形分析?？梢钥闯鲆驗樽儔浩鞯挠绊?，使得二次側線(xiàn)電壓中含有了5，7，11，13等次的諧波，線(xiàn)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裝置電壓調節器可以保證電壓的實(shí)時(shí)調節，并通過(guò)無(wú)功功率調節使諧波畸變得到明顯改善且諧波分量較小。4 實(shí)驗驗證

將電壓調節器設置為閉環(huán)PI加其他加權控制模式，當系統35kV電壓發(fā)生變化時(shí)，觀(guān)察投入SVC調節器前后系統電壓的變化。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(shí)時(shí)控制母線(xiàn)電壓，補償無(wú)功功率，根據電納計算得的TCR晶閘管觸發(fā)角計算正確，閉環(huán)控制策略有效。

5 結語(yǔ)

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