无功电流检测方法与SVG控制策略研究

LOW CARBON WORLD 2017/12低碳技术无功电流检测方法与SVG控制茉略研究黄实批(广西大学电气工程学院，广西南宁530000)【摘要】本文分析了无功电流检测方法，介绍了目前几种应用的比较多的几种检测方法，接着分析了SVG控制策略，主要分为电流间接控制和电流直接控制，然后对无功电流检测方法进行了阐述，主要分为三角波比较法和滞环比较法,最后进行了仿真分析，以期为我国无功电流检测与SVG控制提供相关的借鉴和参考。

【关键词】无功电流检测;SVG控制；策略研究【中图分类号】TM761 【文献标识码】A【文章编号】2095-2066( 2017 )36-0077-031引言随着现代社会迅速发展，重要和精密的设备的应用越来越普遍，它们的负荷所占比例也越来越大，因此电力部门和用户对电能质量提出了更高的要求。

他们不仅要求供电连续可靠，还要求供电电压频率穗定、波形良好。

然而，由于工业和生活用电中的感性负荷以及电力系统、各工业部门和家电行业中的电力电子装置消耗了大量无功功率，因此使得电能质量明显降低。

无功功率的补偿是改善电能质量的重要手段之一，其在提高功率因数、降低电路损耗、减小设备容量、确保供电和用电设备的安全可靠运行等方面作用明显。

因此，无功补偿问题的研究具有深远的意义。

2无功电流检测方法电力系统的谐波检测方法和S V G的无功检测不一样，因为S V G的无功检测无需将各个高次谐波分量进行分离处理，只需要得到除去基波电压和有功电流的无功电流总值，也就是包含畸变电流和各次谐波的电参数，以此为S V G补偿系统供应相应的补偿指令电流，为系统提供反相的补偿电流，中和或者弥补系统内部的无功，保持和促进基波有功电流的平穗。

现阶段，对于非正弦电路，无功电流检测的方式主要有四种，分别为自适应理论无功检测、基于Fryze时域分析法、基于频域分析的Fourier检测法、基于瞬时无功功率理论的开闭环检测手段及以上各种检测方式的叠加和完善。

下面简要的对上述几种检测法进行介绍：(1) 基于自适应理论的电流检测，这种检测方法主要是检 测无功电流结构是否为闭环控制，检测的基本原理是基于自适应算法，对基准信号和输入进行对比分析，以此得到广义的无功电流，自适应算法和很多种理论进行综合，这个系统也具有非常好的抗干扰性，在电网频率发生偏移时比较适用，存在畸变电流及不平衡的状态。

但相应速度受到一定的限制，因此需要完善控制算法。

(2) 基于Fryze时域分析检测方法，这种检测方法将平均功率作为主要的检测方法，其基础思路是分解负栽电流，通过外围的辅助运算电路以及一个周期的积分积累，使负栽电流变成两个分量，一个是包含谐波电流在内的无功电流，另外一个是和电压波形吻合的分量。

但是，采取这种方法得出的结果并不是真正意义上面的瞬时无功，仅仅是通过几个周期延迟的电流值，所以，S V G补偿系统中采取这种检测方法具有很大的限制性，必须辅助其他的算法，并且对其进行相应的改进。

(3)频域分析Fourier检测法，目的在于使用快速Fourier 变换获得各次谐波的频域参数，以此来获取相位幅值等相关的信息，需要进行两次计算，大概有80滋s的时差，虽然这种检测方法在频谱分析方向操作和谐波检测方向都非常成熟，但是因为延时比较长的原因，在具体的使用过程中，无法实现很好的实时追踪。

(4)无功电流检测的主要方法是瞬时无功功率理论，这种检测方法是对传统平均值功率的突破，为无功和谐波的实时监控提供强大的监视工具，基本原理是变换三相电网的所有参数，之后再进行计算，将电流点积值、电压记为有功功率，将电流矢量叉积、电压记为瞬时无功，之后再把这些指令值逆变为补偿电流，通过交换，得到三相补偿电流。

这种检测方法应用的非常广泛，技术发展的很成熟，有诸多优点，但由于不适用于单相系统和三相不平衡状态，推广性方面还有待加强。

神经网络无功检测理论于近几年成为新兴的研究方向，主要依靠的是基本神经元和训练样本的自我学习技能，依据实际情况，不断的对网络的权重值进行调节，以此确保输出的可靠性。

神经网络中的原始输入，输出和学习因子分别对应于无功检测系统内的畸变电压和负栽电流，输出的指令无功电流和功电流的反馈值。

它的学习过程就是把电网电流和无功电流的对比差值，保存在结构和权重中，不断的对输出结构进行完善和更新，促使其无限的接近最优的无功检测值。

若想保证此检测方法的可靠性，必须训练大量的可靠样本，在此前提下，检测的精度得以确信，由于神经网络的检测方法自称一体，因此抗干扰能力极佳，实时并且计算量小，响应速度快。

只是目前的研究还并未成熟，需要进一步理论完善。

3 SVG控制策略S V G的控制系统是一个包括检测、控制和驱动等多个环节的复杂系统。

一个典型的S V G控制系统的工作过程是:①检测环节通过C T、P T将电网电流电压和S V G输出的电流电压输送到检测运算电路，检测运算电路按照给定的算法计算出需要的信号再传送到控制器中，这些信号称为指令信号。

②控制环节根据给定的控制策略对指令信号进行处理，产生触发变流器门极的驱动信号传送到驱动电路。

③驱动电路将驱动信号进行功率放大，再加到变流器的门极，控制变流器的导通与截止，这就完成了对S V G的控制。

根据上述理论介绍可知，S V G对电网的补偿效果是可以控制的，为了达到改变补偿无功电流值的大小，可以采取控制S V G的内部参数的措施。

所以，对于S V G内部控制变量的控制策略，对系统的运行效果也起着非常关键的作用。

通过制定合理的控制方案，可以对不同的物理量进行严格的控制，以此达到最好的控制效果，依据不同的分类依据，将S V G的控制方式总结如下：基于控制理论的思想，S V G的控制方法主要有:P I D控制、逆PI控制、PI、神经网、自适应理论等相关的控制方法。

基于控制系统的结构角度，能够分为复合环、开环、闭环及二者两两结合的控制方式。

基于控制的物理量，可以分为通过反馈环直接依靠P W M技术改变无功电流值的直接控制法及控制相角变化的间接电流控制法等。

3.1电流间接控制基于S V G装置无功有功功率的基本表达式，我们可以得77低碳技术LOW CARBON WORLD 2017/12知，通过改变控制角，可以实现无功的收发和调节。

单控制原理是指基于上述原理实现SV G系统控制的方法，为了确保电流间接控制的精度，通常引进电流负反馈，之后再通过比例积分环节来调节精度。

以吸收滞后电流为例，电网电压U s，连接电抗压降U l和变流器交流侧电压U s v G可以构成三角关系，得到的等式如下所示：U l____U s___________U sv g_____渊1冤sin啄sin(90o+准）sin(90。

-准-啄）式中，啄为U svg与U s的相位差，以U svg超前U s为正；准为 连接电抗器的阻抗角。

由此可推导出稳态时，SVG从电网吸收 的有功电流和无功电流的有效值表达式分别如下所示：L_ U----cos(仔一S)_-U^sin2SQ22VX+R22R(2)U——cos(仔--啄)=2^(l-c〇s2S)V X2+R222R⑶稳定状态下，把I Q和I p与角啄的变化关系制作成曲线（图1所示）。

可见在角不考虑正负且较小的变化范围内，啄与I Q可 近似视为线性关系。

由此可以通过调控啄的大小来控制补偿装置从电网吸收的无功电流。

图1l〇、lp与5的关系曲线另外，由式（1)还可以得到SVG交流侧输出电压：U svg_USC〇S(啄+准冤(4)cos准可以看出，穗定状态下啄角与变流器交流侧基波电压的 大小也是成正比的。

则补偿系统从电网系统吸收的无功功率 Q与有功功率P分别为：Q=U s I q=u S^R啄(5) P=U s I,=u S爭(6)(1)单啄控制。

顾名思义，单啄控制就是只对啄进行控制，变流器导通角兹由下式确定：6_2(仔-|8|)，-仔/2臆8臆仔/2 (7)单啄控制主要有常规P I控制（如图2所示）。

图2 P丨控制框图(2)啄与兹配合控制。

基于控制全局的角度，单间接控制方式具有很大的局限 性，这是因为单间接控制策略通常是采取普通的P I环节进行 调控，如若使用处理后的参数，就会使系统的性能降低。

针对 上述缺陷，可以通过引入逆系统的单比例积分控制方案，对出 现的缺陷进行针对性的调整和优化，利用反馈线性化的方法 合理转化非线性系统，很大程度上改进了单积分控制方法，提 高了系统的全局适用性(见图3)。

3.2电流直接控制图3 5与e配合控制框图直接电流控制策略主要是以PWM技术为核心实现的控制方案。

基本的思路是，基于无功检测的手段，采集电网的目 标无功补偿值，反馈至SVG的补偿系统内，通过一系列的信号处理，驱动电路产生PWM驱动信号使得主电路上的IGBT装置开关断，SVG交流侧产生相应的补偿电流，注入电网系 统。

本文对两种较为常用跟踪控制方案进行简单的介绍和分 析，也就是三角波比较PWM和滞环比较PWM控制策略，但 其基本原则是一致的，都是将反馈的目标电流与指令实施对比，从而获取驱动信号，改变膝宽和频率控制输出瞬时电流值(1)三角波比较法图4是恒频三角波比较的原理图。

三角波PW M比较控制 策略利用运算放大器对电流差值（参考输入Iq和输出反馈I qSVG差值）进行放大，经比较器（与三角波对比），比较器的输 出通常情况下需要逻辑锁存器，用来保证在一个三角波周期 内，一个桥臂上的两个开关的状态保持一致。

这样开关的频率 保持不变，与三角波的周期相等。

图4恒频三角波比较法的原理图三角波比较法的优点是：输出开关频率恒等于三角波频 率。

其不足是：当调制信号的变化率大于三角波的变化率时，会产生多次开关现象，输出会有幅值和相位误差。

(2)滞环比较法如图5所示，滞环比较法的控制原理为，SVG输出反馈电 流i q SVG与电网无功电流、经过比较器处理之后，会产生差值 电平。

利用这个信号去修正开关信号的占空比以此来控制驱 动电路。

基本思想是，采集反馈的目标补偿值，跟踪电流基准 值，即检测此电流值与无功电流基准值的差值是否小于滞环 的上限阈值，判定SV G中的逆变电路电流值是否会继续增加。

此方案的控制效果受制于滞环的带宽和IGBT器件的开关 灵敏度，以及散热能力。

图5滞环比较法的控制原理图4仿真结果及分析该模块负责检测系统的无功电流。

仿真模型如图6所示。

三相负栽电流经ab c-d q变换和低通滤波器的处理后，再进行 dq-ab c变换得到负栽无功电流，也就是控制策略的参考电流。

5结语无功补偿是提高电能质量，保障电网高效运行的主要手78LOW CARBON WORLD 2017/12低碳技术保护P T二次非正常双切换的危害及预防朱林（国网四川省电力公司德阳供电公司，四川德阳618000)【摘要】随着人们生活水平的日益提高，对现代化供电质量的要求也越来越严格，这对变电站二次回路设备的安全、可靠运行提出了更高的要求。