電壓電流雙閉環控制的SVG的設計和仿真

目前許多專家從事對SVG的研究，并提出了諸如電流直接控制，電流間接控制，神經網絡控制，魯棒控制等不同類型的控制方法，并對SVG控制器設計進行了嘗試，結果表明電流直接控制不適合大容量系統，電流間接控制精度不夠，神經網絡控制的實時性能差，魯棒控制中的權系數選擇很困難。在實際應用中以各種PI控制居多，如何設計一個經濟實用的SVG控制系統就顯得尤為重要。

根據對SVG的工作原理的闡述，無功電流檢測的研究以及傳統控制策略的分析，在本章提出了新型電流電壓雙閉環控制的SVG系統，通過對其進行簡單的研究和設計，最后利用MATLAB/SIMULINK/PSB進行仿真的實現，并與傳統電流間接控制方法的仿真結果做了詳細的對比分析，充分說明新控制算法的優越性。

一、系統的總體結構

為了達到實現簡單有效的控制目的，本文提出了電流電壓雙閉環控制系統，，內環采用瞬時無功電流的PI反饋控制，外環采用對系統動態電壓的智能遺傳PI反饋控制。電流內環對輸出無功電流進行PI控制，使之逼近給定信號，以便提高系統的動態性能；電壓外環的誤差信號通過遺傳PI調節控制作為電流內環的給定，從而起到穩壓目的，使系統具備優良的穩態性能與準確性。

二、系統的仿真與分析

本章在主電路中，三相電網也是由MATLAB/SIMULINK/PSB中的電壓源來實現的其電壓為500KV，頻率為50Hz。負載為兩組可切換的100KW，50Kvar的可變負載，線路長度Line1=170 Km ，Line2=100Km。SVG的輸出電壓為500KV，容量為100MVA。進行標幺計算的基準值為 ， 。

本章用雙閉環控制的方式與傳統電流間接控制方式相對比的方法，通過其產生無功電流、產生無功功率以及直流側電壓的波形，直觀的來觀察分析所提出理論的可靠性與優越性，分別對SVG系統自動跟蹤補償電網中的感性無功功率負載以及容性與感性無功負載交替出現的情況進行了仿真實現。

在電網中注有70Mvar感性無功，SVG自動檢測運行，從電網吸收感性無功，產生電流超前電壓的容性無功功率，補償電網所需無功功率。

通過與傳統電流間接控制的SVG工作仿真波形的對比，如圖4（a）的雙閉環控制約在0.05s進入穩定狀態，能夠更加快速的實施跟蹤補償，且完全符合理論分析，而傳統電流間接控制方式則大約在0.07s進入穩定狀態。

通過對兩種控制在發出無功功率的波形對比可以明顯看出雖然傳統電流間接控制也能達到控制要求，但是控制系統穩定時間為0.16s且有二次震蕩，而本文設計的雙閉環控制穩定時間只需要0.95s，其他如峰值時間：雙閉環控制需要0.065s，電流間接控制需要0.082s；超調量： 雙閉環控制為4.3%，電流間接控制為7.1%。

SVG直流側電壓的穩定直接影響到SVG本身的工作性能。從仿真結果看，兩者都適合大容量的補償需要，工作過程穩定。

接下來對電網無功負載的突變情況做出仿真分析。在0.1s時，原先電網中的55Mvar的容性負載突變為55Mvar的感性負載，0.2s無功負載消失，分析兩種控制方式下SVG的動態跟蹤補償性能。

可以看出SVG在0s～0.1s產生電流滯后電壓的感性無功電流，而0.1s～0.2s產生電流超前電壓的容性無功電流，0.2s～0.3s不產生電流。兩種控制方法均能按照原理分析產生無功電流補償電網，雙閉環控制器的SVG對突變的調節能力更強。

在電網波動時，SVG發出無功功率的波形圖，可以看到SVG能夠在0s～0.1s產生感性無功，在0.1s電網波動時快速調整從而產生容性無功，當0.2s電網無功消失時候停止工作的整個過程，雙閉環控制下的SVG在這個過程中更加趨于快速平穩。

SVG能夠準確的跟蹤補償電網的無功功率，并且能應付電網中較大的波動。雙閉環控制器的SVG在0.1s的大波動時，從產生感性無功到容性無功的時間大約為0.08S，并在0.2s電網無功消失時，大約在0.26s停止工作，趨于穩定。而傳統電流間接控制下的SVG從產生感性無功到容性無功的時間大約需要0.12s，而且在0.2s電網無功消失時，系統還沒有穩定下來，導致最終停止工作的穩定時間延遲很大，0.3s還沒有穩定。從分析可以看出雙閉環控制下的SVG對電網的大波動補償效果更好。

當在電網中發生大的波動時候SVG直流側電壓的大小波形圖。從圖9可以明顯的看出采用雙閉環控制的SVG其穩定性在電網出現快速較大波動時候明顯優于傳統電流間接控制的SVG系統。

三、結論

本文提出了新型電壓電流雙閉環的總體結構，運用仿真工具MATLAB/SIMULINK對SVG物理模型進行了動態仿真分析，驗證了SVG對電網無功的補償作用，在于傳統電流間接控制方式的對比中，顯示了雙閉環控制器的SVG對系統無功的跟蹤補償效果更優。所有仿真均表明本文所設計的控制策略有效可行，能達到了良好的動態無功補償的目的，具有對實際工程的指導意義。

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作者簡介：陳寶宏（1973.1），男，一級實習指導教師，本科，研究方向：電氣工程自動化

（作者單位：山西太原西山煤電高級技工學校）