基于对称分量法链式星形 SVG负序及谐波的补偿

基于对称分量法链式星形 SVG负序及谐波的补偿

文接南

广东光达电气股份有限公司 广东佛山 528303

摘 要：为实现链式星形SVG对负序及谐波的补偿，首先给出基于对称分量法的零序电压计算方法，对计算结果进行分析，确定星形SVG补偿负序能力的范围。然后基于瞬时对称分量法，并给出基于重复学习控制的参考电流跟踪控制策略。最后，用PSCAD软件进行了仿真，结果表明实现方法的正确性和有效性。

关键字：链式星形SVG；对称分量法；零序电压；负序补偿；重复学习控制

0引 言

随着电力电子技术的广泛应用，不平衡、非线性负荷已严重威胁着电能质量及电网安全。链式静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)具有模块化、易扩展的优点，在中、高压电能质量治理领域受到越来越多的关注^[1-4]。

本文给出基于重复学习控制的负序、谐波电流的跟踪控制策略。通过仿真验证本文所用方法的可实现性和正确性。

1 链式星形SVG的数学模型

图1为链式星形SVG的结构图，每相链节由 个H桥单元组成， 为电网电压， ， 为SVG输出电流， 为负载电流， 为连接电抗； 为电网相电压的中性点， 为SVG链节的连接点。

图1 链式星形SVG的结构图

2 基于对称分量法的叠加零序电压分析

假设电网电压平衡，可表示为：

(1)

式中 。

文献[5]运用对称分量法计算出了正序电流 、负序电流 及零序电压 ，表示如下：

(2)

将式(1)、(2)可重新得到零序电压：

(3)

其中 为SVG输出电流的正序无功分量的幅值 ， 为输出电流负序分量的有功成分的幅值 ， 为输出电流负序分量的无功成分的幅值 。

设负序分量的幅值为 ，初相角为 ，则有

(4)

定义 表示不平衡度：

(5)

取零序电压 的模长整理得：

(6)

其中 为电网相电压的幅值。

3 链式星形SVG的控制策略

本文所研究的SVG需要补偿谐波，因此电流控制器要具有快速跟踪变化很陡的畸变电流信号的能力。而PI控制器只能对直流量进行无静差跟踪，无法实现交流量的跟踪控制，故本文采用重复学习控制策略进行负序及谐波电流的控制。

重复学习控制^[9-10]是一种智能控制，对周期性信号和干扰具有很好的跟踪效果和抑制作用。其传递函数为：

(6)

由传递函数可知，重复环的作用与积分环节的相似，只是重复环对误差的累加是逐周期的，能够实现对周期信号的零误差跟踪。

4 仿真结果与分析

为验证本文控制策略的正确性和有效性，基于PSCAD/EMTDC工具，搭建了星形结构的链式SVG仿真模型。

负载分为两组，第一组负载：连接于BC相间的单相阻感负荷， =0.4 ， =250 ，此时 =0.53；第二组负载：三相不可控整流电路带阻感负荷， =1 ， =500 。

5.1 负序补偿

1s时刻投入第一组负荷，2s时刻投入负序补偿控制，图2为投入负序补偿前后的仿真波形。图2(a)为负载电流，只有B、C相有电流；图2(b)为负序补偿前后的网侧电流波形，三相电流对称。

(a) 负载电流

(c) 负序补偿前后网侧电流

图2 负序补偿前后的电流波形

5.2 谐波补偿

1s时刻投入第二组负荷，2s时刻投入谐波补偿控制，图3为投入谐波补偿前后的仿真波形。图3(a)为负载电流，三相电流含有谐波；图3(b)为谐波补偿前后的网侧电流波形。

(a) 负载电流

(b) 谐波补偿前后网侧电流

图3 谐波补偿前后的电流波形

5 结论

本文对基于对称分量法计算出的零序电压进行分析，对控制算法进行了仿真，仿真结果验证了控制算法的正确性，实现了链式星形SVG补偿负序和谐波的功能。

[参考文献]

[1] 耿俊成，刘文华，俞旭峰.链式STATCOM的数学模型[J]．中国电机工程学报，2003，23(6)：66-70.

[2] Soto D，Pena R.Nonlinear control strategies for cascaded multilevel STATCOMs[J].IEEE Tans.on Industry Applications，1999，35(5)：1118-1123.

[3] Akagi H.,Inoue S.,Yoshii T..Control and Performance of a Transformerless Cascade PWM STATCOM With Star Configuration [J].IEEE Transactions On Industry Application.2007,43 (4)：1041-1049.

[4] 谭树龙，杨耕，耿华.不平衡工况下链式STATCOM的运行极限分析[J].电力自动化设备,2015,35：44-49.

作者简介： 文接南 (1986-)，男，佛山市顺德人，电气工程师，

广东光达电气股份有限公司，毕业于西安石油大学硕士研究生