SVG的自适应控制方法研究

汪云峰

【摘 要】针对静止无功发生器传统控制方法存在的缺陷，提出一种自适应控制方法。结合某煤矿电网的负载情况，对静止无功发生器进行了系统仿真，搭建了实验验证系统。通过仿真和实验结果验证了自适应控制算法的有效性，使系统具有响应快、稳定性好、抗负载扰动能力强等优点。

【关键词】静止无功发生器；自适应控制；无功补偿；仿真

0引言

煤矿中的大功率冲击性、非线性负荷的设备启动和运行时，会使功率因数明显降低，并且会产生谐波注入到电网中。静止无功发生器（Static Var Generator，简称SVG）具有调节速度快，适用范围宽，输出无功电流谐波小[1]，装置结构紧凑、体积小、成本低、维持系统电压稳定等许多优点[2]。由于SVG能解决上述问题，因此是煤矿电网电能质量领域的关注热点，其中SVG的控制算法是一项重点研究内容[3]。

目前静止无功发生器常用的控制方法有滞环控制、三角波比较控制[3-4]、滑膜控制、空间电压矢量控制[5]、SVPWM控制[5]等，但这些控制方法都存在缺陷。开关频率不固定造成相当严重的噪音；电流响应速度慢。滑膜控制和空间电压矢量控制，虽然控制性能在有所提高，但同时增加了控制系统的复杂性。根据上述问题，提出了一种自适应控制策略。从SVG结构与数学模型入手，论述自适应控制算法，提高了电压的稳定性，增强了系统鲁棒性。通过MATLAB仿真和实验验证，本文所提出的自适应控制策略在实际应用中取得良好效果。

1 SVG的结构和数学模型

SVG结构框图如图1所示。SVG具有三相桥式逆变电路拓扑结构，其基本结构可分为电流型和电压型。由于运行效率的原因，SVG大多采用电压型电路，如图1中所示。

SVG的工作原理可以用向量图和单相等效电路图来说明[5]。见各种参考文献，这里不再赘述。

SVG的数学模型主要根据三相变流器拓扑结构和电路的基本定理建立的数学描述。经推导建立三相电压型SVG的数学模型，如图2所示。

2自适应控制方法

本文提出一种自适应控制方法。其控制方法分为三个独立的控制回路：自適应电压、电流调节器和直流侧电压调节器。这些调节器会保持连接点的电压、电流幅值维持在给定的参考值。q轴电流和直流侧电压采用PI控制，通过最佳参数调节。自适应调节器的输入是给定的电网电压值，而且信号Z（K），代表有限的输入序列识别系统。该系统可以通过一个线性模型在状态空间描述以下微分方程：

3仿真与实验

为验证SVG自适应控制方法的正确性，在MATLAB/Simulink环境下，根据煤矿负载情况其进行仿真。一些仿真参数如下：三相交流电源相电压为220V，频率为50Hz；功率负载为有功2000W、容性无功1800var；直流侧电容为470?F；仿真时间为0.2s。

根据仿真图和计算结果可以得出SVG补偿性能，投入补偿前电网电压和电流存在一定的相位差，同时电流波形有一定的谐波成分；投入补偿后不到半个周期，电网电压和电流相位相同，且输出电流畸变量大幅度降低，无功功率得到了一部分的补偿。可以清楚的得出投入补偿前，由于电力系统中存在感性负载，因此功率因数大幅下降，系统的功率因数维持在0.5左右；投入补偿后不到0.02s系统的功率因数为0.98左右，功率因数有显著的提高，无功功率得到了非常有效的补偿。

为验证本文方法的正确性和有效性，搭建了基于DSP的实验平台，对自适应控制的无功补偿方案进行调试。装置主要参数为：三相交流电源相电压为220 V，频率为50 Hz；经三相不可控整流桥接阻感负载10 ?，2 mH；IGBT为西门子生产的，其额定电压、电流为1200 V、78A；并选用落木源IGBT驱动模块；SVG输出端滤波电抗为2 mH；通过实验可以得出电流畸变量大幅度降低，相应的负荷电流明显下降，无功功率得到了很好的补偿，功率因数显著提高，补偿效果显著。

4结语

本文针对无功补偿装置SVG，提出一种自适应控制策略。通过仿真与实验证明该方法具有如下特点：避免了电压大幅度波动，维持电压的稳定，提高了系统的鲁棒性。结构响应快、稳定性好、有较好的谐波补偿性能，显著提高功率因数。实验仿真及实验波形表明，该系统具有良好的动、静态性能，而且输出电流畸变量小、无功功率得到非常有效的补偿，具有很高的实用价值和应用前景。

参考文献

[1] 孙晓颖，宋建成.一种矿用静止无功发生器的设计与实现[J].煤矿机电，2012（3）.

[2] 刘绕龙，马小平，魏巍，张伟.直接电流控制的STATCOM 仿真研究[J].煤矿机电，2011（2）.

[3] 孙晓颖，宋建成，许春雨.基于直接电流控制的矿用无功发生器的研究[J].电力电子技术，2012，46（9）：52–54.