靜止無功補償器電壓調(diào)節(jié)器仿真與實驗研究

摘要：為了達到調(diào)節(jié)靜止無功補償器對所連接母線電壓的目的，針對靜止無功補償器(SVC)電壓調(diào)節(jié)器采用線性PID控制策略的限制，設計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。通過閉環(huán)的物理-數(shù)字仿真系統(tǒng)對所設計的電壓調(diào)節(jié)器進行功能測試和研究。仿真結(jié)果表明該方法的有效性。
關鍵詞：靜止無功補償器；加權(quán)控制策略；諧波分析；電壓調(diào)節(jié)

0 引言
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和各種新型電力設備的應用，電網(wǎng)負荷急劇增大，感性無功也不斷增加。尤其是沖擊負荷、非線性負荷容量的持續(xù)增長，加上普遍應用的電力電子和微電子技術，使得電網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動閃變和三相不平衡等，造成電能質(zhì)量降低，網(wǎng)絡損耗增加等不良影響。在輸電系統(tǒng)安裝并聯(lián)動態(tài)無功補償裝置，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。隨著FACTS技術的廣泛應用和發(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)的靜止無功補償器(StaticVarCompensator)就是實際應用最廣泛的一種。SVC的重要作用是實現(xiàn)平穩(wěn)的電壓控制、無功功率補償、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(diào)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)。現(xiàn)今用于實際輸電系統(tǒng)無功補償?shù)腟VC裝置電壓控制器大多采用的是線性PID控制器，但其只能對測量的電壓與參考值電壓的差進行控制。對調(diào)節(jié)期間的電壓暫態(tài)響應無能為力，改變?nèi)魏螀?shù)只能改變某一性能指標，比如響應時間、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，通過將三部分不同的傳遞函數(shù)組合起來，一部分為閉環(huán)PI調(diào)節(jié)，另外兩部分傳遞函數(shù)類似于超前滯后調(diào)節(jié)策略。最后通過仿真和實驗研究算法有效性。

1 SVC電壓調(diào)節(jié)器工作原理設計
SVC電壓調(diào)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(diào)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(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(diào)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(diào)節(jié)器與SVC控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。