一种新型静止无功发生器单周控制仿真研究

　　0　引　　言

　　静止无功发生器(static var generator缩写为SVG,又称STATCOM)是柔性交流输电(flexible AC transmissionsystem,缩写为FACTS)系统中重要的电力电子装置,是用于无功补偿、平衡接入点电压的有效手段之一。在电力工业中,由于三相四线制系统在工厂供电、民用住宅和城市供电等电力系统中广泛应用,其中的零线电流、无功功率和三相不平衡问题越来越引起人们的重视,而三相四线制SVG可以对以上情况进行有效的补偿。随着SVG在这一领域的逐渐发展,它的控制方法已成为近年来国内外研究的热点。目前SVG的控制主要从控制策略和外闭环反馈控制量的选取两方面来考虑,可以分为电流间接控制和电流直接控制。单周控制(one-cycle control,缩写为OCC)法作为一种非线性控制方法,最早由美国学者Keyue Ma Smedley和Slobodan Cuk提出[1],在近年来的研究中,单周控制理论已经在DC-DC变换、功率因数校正和开关变换器中得到了成功应用,文献[2]首先提出可以把OCC应用到APF中。目前,OCC已被应用到单相和三相APF中,并获得了一系列的改进[3-5]。本文提出一种单周控制的三相四线制SVG,经理论分析和仿真结果证实,该方案能有效地补偿三相四线制系统中的零线电流、无功功率,解决三相不平衡问题,从而提高输电线功率因数和传输效率。

　　1　单周控制的三相四线制静止无功发生器

　　单周控制的基本原理是保持开关器件的开关频率,通过控制开关占空比,使每个周期内开关变量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例,从而消除稳态和瞬态误差。根据单周控制的调制方法,单周控制分为单极性调制和双极性调制,本文讨论的方法采用双极性调制。单周控制静止无功发生器的控制目标是补偿无功功率、调节功率因数接近于1,因此当静止无功发生器有效工作时,控制SVG功率开关的占空比,使电网侧电流波形跟踪电压波形,这样从电源侧看SVG与非线性负载并联以后的等效电路,在稳态时可视为一个等效的线性电阻负载,即

　　式中:ua,ub,uc为电网电压,isa,isb,isc为电网侧的电流,Re为系统的等效电阻。图1示出SVG主电路[6]。它采用电压型桥式变流电路,功率单元采用IGBT全控器件,经电抗器并入电网。作为主电路的变流器,在补偿无功电流的过程中处于逆变状态,同时在给直流电容充电时处于整流状态。因为系统在不对称运行时,负序、零序电流成为有害电流的主要部分,为了补偿负序、零序电流,SVG采用三相四线制两电平逆变桥,对三相四线制系统进行补偿。图中对直流侧电压的控制也成为控制电路的主要组成部分,因为系统产生的负序和零序电流将使直流侧电容电压产生波动,影响其正常工作,所以平衡电容电压也是控制的重点。