靜止無(wú)功補(bǔ)償器電壓調(diào)節(jié)器仿真與實(shí)驗(yàn)研究

摘要：為了達(dá)到調(diào)節(jié)靜止無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)所連接母線電壓的目的，針對(duì)靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)電壓調(diào)節(jié)器采用線性PID控制策略的限制，設(shè)計(jì)了基于電壓差值加權(quán)控制策略的電壓調(diào)節(jié)器。該加權(quán)控制策略采用了三部分傳遞函數(shù)計(jì)算SVC裝置等效電納，并通過(guò)電路仿真模型驗(yàn)證算法并進(jìn)行諧波分析。通過(guò)閉環(huán)的物理-數(shù)字仿真系統(tǒng)對(duì)所設(shè)計(jì)的電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行功能測(cè)試和研究。仿真結(jié)果表明該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：靜止無(wú)功補(bǔ)償器；加權(quán)控制策略；諧波分析；電壓調(diào)節(jié)

0 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各種新型電力設(shè)備的應(yīng)用，電網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，感性無(wú)功也不斷增加。尤其是沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)荷容量的持續(xù)增長(zhǎng)，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電子技術(shù)，使得電網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等，造成電能質(zhì)量降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。在輸電系統(tǒng)安裝并聯(lián)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，是提高輸電系統(tǒng)傳輸能力，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，阻尼電力系統(tǒng)振蕩的有效手段。
為了提高現(xiàn)代電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限和提供更好的潮流控制，人們引入了柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)。隨著FACTS技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，孕育了許多基于FACTS的產(chǎn)品，基于晶閘管控制電抗器(TCR)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(StaticVarCompensator)就是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的一種。SVC的重要作用是實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的電壓控制、無(wú)功功率補(bǔ)償、改善電網(wǎng)電壓不平衡度、抑制電壓閃變等。
SVC電壓調(diào)節(jié)器的主要作用是處理測(cè)量到的系統(tǒng)變量，產(chǎn)生一個(gè)與補(bǔ)償所需無(wú)功功率成正比的輸出信號(hào)。電壓調(diào)節(jié)器可根據(jù)SVC的具體應(yīng)用，采用不同的控制變量和傳遞函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)今用于實(shí)際輸電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)腟VC裝置電壓控制器大多采用的是線性PID控制器，但其只能對(duì)測(cè)量的電壓與參考值電壓的差進(jìn)行控制。對(duì)調(diào)節(jié)期間的電壓暫態(tài)響應(yīng)無(wú)能為力，改變?nèi)魏螀?shù)只能改變某一性能指標(biāo)，比如響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量等。
本文提出一種采用閉環(huán)PI調(diào)節(jié)與其他加權(quán)控制策略的電壓調(diào)節(jié)器綜合控制策略，通過(guò)將三部分不同的傳遞函數(shù)組合起來(lái)，一部分為閉環(huán)PI調(diào)節(jié)，另外兩部分傳遞函數(shù)類(lèi)似于超前滯后調(diào)節(jié)策略。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)研究算法有效性。

1 SVC電壓調(diào)節(jié)器工作原理設(shè)計(jì)
SVC電壓調(diào)節(jié)器的主要作用是處理測(cè)量到的系統(tǒng)變量，產(chǎn)生一個(gè)與補(bǔ)償所需無(wú)功功率成正比的輸出信號(hào)。電壓調(diào)節(jié)器可根據(jù)SVC的具體應(yīng)用，采用不同的控制變量和傳遞函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
電壓調(diào)節(jié)器的PI型調(diào)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(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。KV和TV具體數(shù)據(jù)在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化后確定。
電壓調(diào)節(jié)器的作用過(guò)程可描述為：將測(cè)量所得到的控制變量與參考信號(hào)Vref相比較，然后將誤差信號(hào)輸入到控制器的傳遞函數(shù)，控制器輸出一個(gè)標(biāo)幺值電納Bref相比較，這個(gè)信號(hào)的大小應(yīng)可以使控制誤差減小，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)誤差為零，然后電納信號(hào)Bref被傳送到觸發(fā)脈沖發(fā)生電路。SVC電壓調(diào)節(jié)器與SVC控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。