静止无功补偿器进行无功补偿的控制方法

作为在电力系统里应用比较广泛的一种FACTS装置，静止无功补偿器（SVC）与传统常用的装置比较，具有响应速度快、可控制性强的优点。当供电网络系统电压变化时，SVC能够快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿，对于三相不平衡负荷及冲击负荷都有较强的负荷。PI控制作为一种传统的计算方法，在SVC中得到广泛的应用，但在控制过程中存在一定的超调现象。
本文研究静止无功补偿器进行无功补偿的控制方法，具体将以TCR-MSC型的SVC作为研究的对象，提出一种基于ZN-PI的控制算法，此方法在稳定电网中公共连接点之间的电压的过程中，有较优越的控制性能，并且有计算量较小、易于实现的优点。
1系统描述及控制方法
本文研究的TCR-MSC型的SVC，是由晶闸管控制的投切电抗器（TCR）和机械式投切电容器（MSC）组成。其中，TCR使用的连接方式是“吟型”的，这种连接方式能够减少电网中的三次谐波电流；MSC使用的连接方式是“Y型”的，非线性的负载使用的是与TCR相同的连接方式。
由于TCR是由一个空心的线性电抗器和一对反并联的晶闸管串联组成的，这种结构可以看成是一个可调的电纳，因此只要改变这种结构的触发角，就能够设定不同的电纳值。而同时，因为电网中的电压是基本恒定的，只要设定不同的电纳值就可以使基波电流产生变化，这样就能够达到调节所吸收的无功功率的目的。
1.1 TCR控制
由于晶闸管控制电抗器所提供的感性无功量， 是通过 其触发角的调节来实现。 因此， 在电网系统中， 只要通过测定其容性无功量， 就能够相应地调节触发角后产生适量的感性无功， 目的是使电网中负荷所需的感性无功与容性无功达到平衡，从而使系统电压保持稳定，即Q=QV-QMSC+QTCR， 其中QV为电网所需的全部无功量，QMSC 为MSC发出的无功， QTCR为TCR吸收的无功。
1.2 控制计算方法
图1所示为控制方法稳定电网电压的控制效果，其中USL为SVC电压控制器的反馈量，可由USL=K0ITCR计算得出， 其中调差率K0取3%。经修正后的参考电压(Uref+USL)与Urms的差值Ue作为电压控制器的输入， 控制器输出导纳值BTCR经过导通角计算后得到的导通角啄控制感性无功投入电网的多少。

由图1可以得到电压控制器的输出电纳值

1.3 导纳值的计算方法
由于在SVC系统中，TCR触发角啄的大小和投入MSC的数量m， 是由其导纳值BTCR和BMSC所决定的。触发角啄可由 BTCR的电纳-角度函数求得， 投入MSC的数量m由逻辑控制器输出的高、低电平来控制。
因此，通过公式（7），可得 

式中， Bref 为SVC的控制量； B啄为变压器导纳；BL 为TCR的导纳值； Bc为单个MSC的导纳值。
2实验结果
将本文提出的控制方法应用到SVC系统进行仿真研究，其中仿真电路参数设定如下：电源电压采用工频交流10kV；TCR与MSC的最大容量均为10MVar；将变压器视为理想的变压器，B啄的值取为1；用以调整参数的两个正常数k1为0.8，k2为30。
如图2、图3分别为采用本文所提控制方法及传统PI控制方法的效果图（设定安装点电压为1pu），在0.4s时控制其电压降到0.91pu。通过两张图形的对比，可以看出在0.8s时投入SVC装置后，使用本文所研究的控制方法的波形经过1.5T后，公共连接点电压即调整至0.99pu，并且在调整的过程中未出现超调的情况。而由图2容易看出，在0.8s时投入采用传统控制方法的SVC装置，在电压调整过程中存在一定的超调现象，公共连接点电压波形大概经过1.7个周期时间后才达到稳定。

3结论
本文针对电网系统电压不稳定的电能质量问题进行了研究，提出了一种电压稳定控制方法。通过应用这种基于ZN-PI的控制算法，使SVC在稳定电网中公共连接点之间的电压的过程中，有较优越的控制性能，并且有计算量较小、易于实现的优点。