SVG的自適應控制方法研究

汪云峰

【摘 要】針對靜止無功發生器傳統控制方法存在的缺陷，提出一種自適應控制方法。結合某煤礦電網的負載情況，對靜止無功發生器進行了系統仿真，搭建了實驗驗證系統。通過仿真和實驗結果驗證了自適應控制算法的有效性，使系統具有響應快、穩定性好、抗負載擾動能力強等優點。

【關鍵詞】靜止無功發生器；自適應控制；無功補償；仿真

0引言

煤礦中的大功率沖擊性、非線性負荷的設備啟動和運行時，會使功率因數明顯降低，并且會產生諧波注入到電網中。靜止無功發生器（Static Var Generator，簡稱SVG）具有調節速度快，適用范圍寬，輸出無功電流諧波小[1]，裝置結構緊湊、體積小、成本低、維持系統電壓穩定等許多優點[2]。由于SVG能解決上述問題，因此是煤礦電網電能質量領域的關注熱點，其中SVG的控制算法是一項重點研究內容[3]。

目前靜止無功發生器常用的控制方法有滯環控制、三角波比較控制[3-4]、滑膜控制、空間電壓矢量控制[5]、SVPWM控制[5]等，但這些控制方法都存在缺陷。開關頻率不固定造成相當嚴重的噪音；電流響應速度慢。滑膜控制和空間電壓矢量控制，雖然控制性能在有所提高，但同時增加了控制系統的復雜性。根據上述問題，提出了一種自適應控制策略。從SVG結構與數學模型入手，論述自適應控制算法，提高了電壓的穩定性，增強了系統魯棒性。通過MATLAB仿真和實驗驗證，本文所提出的自適應控制策略在實際應用中取得良好效果。

1 SVG的結構和數學模型

SVG結構框圖如圖1所示。SVG具有三相橋式逆變電路拓撲結構，其基本結構可分為電流型和電壓型。由于運行效率的原因，SVG大多采用電壓型電路，如圖1中所示。

SVG的工作原理可以用向量圖和單相等效電路圖來說明[5]。見各種參考文獻，這里不再贅述。

SVG的數學模型主要根據三相變流器拓撲結構和電路的基本定理建立的數學描述。經推導建立三相電壓型SVG的數學模型，如圖2所示。

2自適應控制方法

本文提出一種自適應控制方法。其控制方法分為三個獨立的控制回路：自適應電壓、電流調節器和直流側電壓調節器。這些調節器會保持連接點的電壓、電流幅值維持在給定的參考值。q軸電流和直流側電壓采用PI控制，通過最佳參數調節。自適應調節器的輸入是給定的電網電壓值，而且信號Z（K），代表有限的輸入序列識別系統。該系統可以通過一個線性模型在狀態空間描述以下微分方程：

3仿真與實驗

為驗證SVG自適應控制方法的正確性，在MATLAB/Simulink環境下，根據煤礦負載情況其進行仿真。一些仿真參數如下：三相交流電源相電壓為220V，頻率為50Hz；功率負載為有功2000W、容性無功1800var；直流側電容為470?F；仿真時間為0.2s。

根據仿真圖和計算結果可以得出SVG補償性能，投入補償前電網電壓和電流存在一定的相位差，同時電流波形有一定的諧波成分；投入補償后不到半個周期，電網電壓和電流相位相同，且輸出電流畸變量大幅度降低，無功功率得到了一部分的補償。可以清楚的得出投入補償前，由于電力系統中存在感性負載，因此功率因數大幅下降，系統的功率因數維持在0.5左右；投入補償后不到0.02s系統的功率因數為0.98左右，功率因數有顯著的提高，無功功率得到了非常有效的補償。

為驗證本文方法的正確性和有效性，搭建了基于DSP的實驗平臺，對自適應控制的無功補償方案進行調試。裝置主要參數為：三相交流電源相電壓為220 V，頻率為50 Hz；經三相不可控整流橋接阻感負載10 ?，2 mH；IGBT為西門子生產的，其額定電壓、電流為1200 V、78A；并選用落木源IGBT驅動模塊；SVG輸出端濾波電抗為2 mH；通過實驗可以得出電流畸變量大幅度降低，相應的負荷電流明顯下降，無功功率得到了很好的補償，功率因數顯著提高，補償效果顯著。

4結語

本文針對無功補償裝置SVG，提出一種自適應控制策略。通過仿真與實驗證明該方法具有如下特點：避免了電壓大幅度波動，維持電壓的穩定，提高了系統的魯棒性。結構響應快、穩定性好、有較好的諧波補償性能，顯著提高功率因數。實驗仿真及實驗波形表明，該系統具有良好的動、靜態性能，而且輸出電流畸變量小、無功功率得到非常有效的補償，具有很高的實用價值和應用前景。

參考文獻

[1] 孫曉穎，宋建成.一種礦用靜止無功發生器的設計與實現[J].煤礦機電，2012（3）.

[2] 劉繞龍，馬小平，魏巍，張偉.直接電流控制的STATCOM 仿真研究[J].煤礦機電，2011（2）.

[3] 孫曉穎，宋建成，許春雨.基于直接電流控制的礦用無功發生器的研究[J].電力電子技術，2012，46（9）：52–54.