靜止無功補償器電壓調節器仿真與實驗研究

摘要：為了達到調節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)電壓調節器采用線性PID控制策略的限制，設計了基于電壓差值加權控制策略的電壓調節器。該加權控制策略采用了三部分傳遞函數計算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。通過閉環的物理-數字仿真系統對所設計的電壓調節器進行功能測試和研究。仿真結果表明該方法的有效性。
關鍵詞：靜止無功補償器；加權控制策略；諧波分析；電壓調節

0 引言
隨著我國經濟的發展和各種新型電力設備的應用，電網負荷急劇增大，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增長，加上普遍應用的電力電子和微電子技術，使得電網發生電壓波形畸變，電壓波動閃變和三相不平衡等，造成電能質量降低，網絡損耗增加等不良影響。在輸電系統安裝并聯動態無功補償裝置，是提高輸電系統傳輸能力，提高電力系統暫態穩定性，改善系統動態性能，阻尼電力系統振蕩的有效手段。
為了提高現代電力系統的動態穩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展，孕育了許多基于FACTS的產品，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的重要作用是實現平穩的電壓控制、無功功率補償、改善電網電壓不平衡度、抑制電壓閃變等。
SVC電壓調節器的主要作用是處理測量到的系統變量，產生一個與補償所需無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實現。現今用于實際輸電系統無功補償的SVC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。對調節期間的電壓暫態響應無能為力，改變任何參數只能改變某一性能指標，比如響應時間、超調量等。
本文提出一種采用閉環PI調節與其他加權控制策略的電壓調節器綜合控制策略，通過將三部分不同的傳遞函數組合起來，一部分為閉環PI調節，另外兩部分傳遞函數類似于超前滯后調節策略。最后通過仿真和實驗研究算法有效性。

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，產生一個與補償所需無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實現。
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增益；TV為電壓調節器的積分時間常數。KV和TV具體數據在對整個系統進行仿真優化后確定。
電壓調節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，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，并達到穩態誤差為零，然后電納信號Bref被傳送到觸發脈沖發生電路。SVC電壓調節器與SVC控制系統的原理圖如圖1所示。