静止无功补偿器电压调节器仿真与实验研究

摘要：为了达到调节静止无功补偿器对所连接母线电压的目的，针对静止无功补偿器(SVC)电压调节器采用线性PID控制策略的限制，设计了基于电压差值加权控制策略的电压调节器。该加权控制策略采用了三部分传递函数计算SVC装置等效电纳，并通过电路仿真模型验证算法并进行谐波分析。通过闭环的物理-数字仿真系统对所设计的电压调节器进行功能测试和研究。仿真结果表明该方法的有效性。
关键词：静止无功补偿器；加权控制策略；谐波分析；电压调节

0 引言
随着我国经济的发展和各种新型电力设备的应用，电网负荷急剧增大，感性无功也不断增加。尤其是冲击负荷、非线性负荷容量的持续增长，加上普遍应用的电力电子和微电子技术，使得电网发生电压波形畸变，电压波动闪变和三相不平衡等，造成电能质量降低，网络损耗增加等不良影响。在输电系统安装并联动态无功补偿装置，是提高输电系统传输能力，提高电力系统暂态稳定性，改善系统动态性能，阻尼电力系统振荡的有效手段。
为了提高现代电力系统的动态稳定极限和提供更好的潮流控制，人们引入了柔性交流输电(FACTS)技术。随着FACTS技术的广泛应用和发展，孕育了许多基于FACTS的产品，基于晶闸管控制电抗器(TCR)的静止无功补偿器(StaticVarCompensator)就是实际应用最广泛的一种。SVC的重要作用是实现平稳的电压控制、无功功率补偿、改善电网电压不平衡度、抑制电压闪变等。
SVC电压调节器的主要作用是处理测量到的系统变量，产生一个与补偿所需无功功率成正比的输出信号。电压调节器可根据SVC的具体应用，采用不同的控制变量和传递函数来实现。现今用于实际输电系统无功补偿的SVC装置电压控制器大多采用的是线性PID控制器，但其只能对测量的电压与参考值电压的差进行控制。对调节期间的电压暂态响应无能为力，改变任何参数只能改变某一性能指标，比如响应时间、超调量等。
本文提出一种采用闭环PI调节与其他加权控制策略的电压调节器综合控制策略，通过将三部分不同的传递函数组合起来，一部分为闭环PI调节，另外两部分传递函数类似于超前滞后调节策略。最后通过仿真和实验研究算法有效性。

1 SVC电压调节器工作原理设计
SVC电压调节器的主要作用是处理测量到的系统变量，产生一个与补偿所需无功功率成正比的输出信号。电压调节器可根据SVC的具体应用，采用不同的控制变量和传递函数来实现。
电压调节器的PI型调节器的传递函数如下：

式中：KV为电压凋节器的稳态增益；TV为电压调节器的积分时间常数。KV和TV具体数据在对整个系统进行仿真优化后确定。
电压调节器的作用过程可描述为：将测量所得到的控制变量与参考信号Vref相比较，然后将误差信号输入到控制器的传递函数，控制器输出一个标幺值电纳Bref相比较，这个信号的大小应可以使控制误差减小，并达到稳态误差为零，然后电纳信号Bref被传送到触发脉冲发生电路。SVC电压调节器与SVC控制系统的原理图如图1所示。