基于新型电流直接控制策略的SVG仿真研究

基于EMR的地铁供电系统仿真技术研究摘要：随着地铁供电系统的不断发展，特别是能量回收与储存技术的应用，使得地铁供电系统的构成发生了较大变化，但是由于目前缺乏对牵引供电系统、车辆系统以及节能系统进行系统间的有效仿真方法，所以在地铁供电系统建设与节能系统配置时，很难达到最优的供电容量配置比。

文中基于能量宏观表示法（EMR）构建了多车辆、多供电系统、多节能系统的能量耦合仿真模型，利用Simulink对模型进行了计算验证，结果显示该模型可有效地对地铁供电多系统间的能量关系进行描述，并为地铁供电节能系统的优化配置提供参考。

关键词：城市轨道交通；能量宏观表示法；牵引供电系统引言我国城市轨道交通行业在近十年来发展迅速，城市人口也在不断的增加，作为承担着超过半数客运流量的地铁，其在建设、运营和维护方面也迎来了新的挑战与机遇。

据相关文献研究，地铁供电能力不足的主要表现有多车起动电流过大导致直流开关跳闸，轨电位异常升高导致轨电位限制装置频繁投切等。

因此，系统完善地建立地铁供电能力评估体系，对于地铁牵引供电系统的安全稳定运行具有重要的现实意义。

本文从供电能力仿真的关键影响因素出发，针对牵引网参数和列车停站时间两个影响供电能力仿真评估精度的因素，分别提出相应的解决方案，而后以仿真结果为基础构建了地铁牵引供电系统的供电能力评估体系，并给出各评估指标的辅助决策手段，最后完成了仿真软件的开发。

1地铁供电系统概述地铁是一个庞大而复杂的用电系统，其作为城市公共电网大型的负载，一般向当地城市公共电网获取电能。

地铁供电系统主要有外部电源系统、地铁牵引供电系统、车站动力照明供电系统、电力监控系统，其结构如图1-1所示。

其中外部电源系统是城市公共电网向地铁主变电所输电的部分，负责向地铁供电系统供电；地铁牵引供电系统是地铁供电系统的核心部分，主要由牵引变电所和接触网构成，负责为电力机车提供牵引动力；车站动力照明供电系统是车站降压变电所和车站各种动力照明负荷的部分，负责向车站的照明设备、空调、电梯以及通信设施供电。

中文摘要无功优化控制策略及补偿装置的研究对于我国电力系统的发展和经济安全具有非常重要的作用。

无功补偿装置在几十年的研究过程中，逐渐从只有独立的无功补偿器向具有动态实时无功补偿的静止无功发生装置(SVG)的转变。

在电力系统研究学者的不断努力下，具有动态无功补偿的SVG装置在我国大电网中得到了广泛的应用。

本论文主要完成了以下几个方面的内容：结合无功功率补偿的发展状况，阐述了对SVG无功优化装置研究的总体思路，对SVG装置无功补偿的电压-电流特性进行了认真的分析并建立SVG-abc和SVG-αβ动态坐标系的数学模型。

在传统直接电流id -iq控制算法的SVG装置发生器研制的基础上，提出了采用模糊控制与PI控制相结合的Fuzzy-PI混合算法的控制器设计，并通过MATLAB仿真软件对Fuzzy-PI控制器进行了仿真实验，证明了基于Fuzzy-PI算法的SVG控制器有利于电网无功功率的补偿，具有较大的实际应用效益。

最后以一个具体的35kV-SVG实验装置为例，分别从装置的硬件和软件方面介绍了SVG装置设计的要点。

并通过MATLAB仿真软件对建立的35kV-SVG装置进行14节点模拟电网的仿真实验，获得SVG装置并入系统后对系统全局各接点电压的影响，结果表明SVG装置可以有效保证系统电压的稳定，从而促进系统经济可靠的运行。

关键词：SVG；无功功率补偿；控制策略；Fuzzy-PI控制器；MATLABABSTRACTResearches on reactive power optimization control strategy and compensation devices are of great significance for the development and economic security of power system in our country. During the several decades’ research, reactive power compensation device is gradually shifting from independent var compensators to Static Var Generators (SVG) with dynamic and real-time reactive power compensation. With the scholar’s constant efforts, SVG with dynamic and real-time Reactive power compensation has been widely applied in the large electric networks in our country. This paper mainly focuses on the following contents:In combination with the development of reactive power compensation, this paper expounds a general thread of researching SVG and conducts a specific analysis on the features of voltage-current of Static Var Generators. Meanwhile, mathematical models of SVG-abc and SVG-αβ coordinate system were established. Based on the researches of SVG relying on traditional direct current i d-i q control algorithm, this paper advances Fuzzy-PI mixed algorithmic controller design upon the combination of fuzzy control and pi control. Meanwhile, simulation experiment on the Fuzzy-PI controller is carried out by using MATLAB simulation software, and the experimental result proves that SVG controller based on Fuzzy-PI algorithm conduces to reactive power compensation of the electric network and is of great practical significance.Finally, taking a specific 35kV-SVG experimental device as an example, the key points in designing SVG are introduced from perspectives of both software and hardware. By using MATLAB simulation software, 14-node simulation experiment of the established 35kV-SVG device is performed and it is found that joint of SVG takes influence on all nodes of the whole system. The result indicates that SVG can effectively guarantee the voltage steadiness of the system and thus promotes economical and safe operation of the system.Keywords: SVG; reactive power compensation; control strategy; Fuzzy-PI controller; MATLAB第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 无功补偿装置的发展概况 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 本文的主要研究内容 (6)第2章 SVG装置原理及数学建模分析 (8)2.1 无功功率动态补偿原理 (8)2.2 SVG无功补偿基本原理 (11)2.3 主电路数学建模 (16)2.3.1 SVG-abc系坐标动态建模 (17)2.3.2 αβ坐标系动态建模 (19)2.4 三相四线制SVG简介 (23)第3章 SVG的控制策略研究 (25)3.1 SVG控制系统简介 (25)3.2 信号检测模块设计 (25)3.3 SVG控制器设计 (27)3.3.1 控制器设计现状 (27)3.3.2 混合算法SVG控制器设计 (27)3.3.3 实例仿真 (28)3.4 SVG工作死区效应分析 (33)第4章 35kV-SVG实验装置设计 (39)4.1 SVG实验装置逻辑结构 (39)4.2 硬件设计 (39)4.2.1 SVG控制系统 (39)4.2.2 微处理器单元 (40)4.2.3 数模A/D采样单元.........................................................错误！未定义书签。

电气化铁路单相SVG控制策略仿真研究研究目标本研究的目标是通过深入研究电气化铁路中的单相静止无功发生器（Static Var Generator, SVG）控制策略，利用仿真方法，探索优化SVG控制策略以提高电气化铁路系统的稳定性和效率。

方法1. 文献综述首先，我们对电气化铁路系统和SVG技术进行了深入的文献综述。

了解电气化铁路系统的结构、工作原理以及SVG在其中的作用和应用。

同时，我们还对SVG控制策略的现有研究进行了梳理和分析。

2. 建立仿真模型基于对电气化铁路系统和SVG技术的理解，我们建立了一个适用于仿真研究的电气化铁路系统模型。

该模型包括供电系统、轨道回路、牵引变流器以及与之相连的SVG装置。

3. 优化控制策略设计在建立好仿真模型后，我们设计了多种不同的SVG控制策略，并分别进行了仿真实验。

这些控制策略包括传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

通过对比不同控制策略的性能指标，如SVG电压调节精度、无功功率补偿效果等，我们评估了各种策略的优劣。

4. 仿真结果分析基于仿真实验的结果，我们对不同控制策略的性能进行了全面分析。

通过对比各种策略在不同工况下的表现，我们找出了各种策略的优劣势，并深入分析其原因。

发现通过本研究，我们得到了以下发现：1.不同的SVG控制策略在电气化铁路系统中具有不同的性能表现。

PID控制具有较好的稳定性和鲁棒性，但在应对系统突变和非线性特性方面存在一定局限性；模糊控制能够更好地适应系统非线性特性和变动工况，但需要较为复杂的规则库；神经网络控制具有较强的自适应能力和学习能力，但训练过程相对复杂且计算量大。

2.在电气化铁路系统中，采用模糊控制策略的SVG能够更好地应对系统的非线性特性和变动工况，提高电压调节精度和无功功率补偿效果。

3.对于电气化铁路系统来说，SVG控制策略的优化不仅需要考虑稳定性和效果，还需要兼顾实时性和计算复杂度。

综合考虑各种因素，模糊控制策略是一个较为合适的选择。

静止无功发生器（SVG）仿真分析摘要：本文在坐标变换的基础上对静止无功发生器（SVG）进行理论研究和建模分析，该模型的无功电流检测方法采用基于三相瞬时无功理论的无功电流检测方法，控制策略采用基于三角波比较法的补偿电流PWM控制策略。

论文以并联电压型静止无功发生器为研究对象，利用MATLAB/SIMULINK中的电力系统模块SimPowerSystems 对并联型静止无功发生器整个系统进行了建模和仿真分析。

关键词：并联型静止无功发生器，无功电流检测，三角波比较PWM控制，MATLAB仿真引言现代工业生产电力拖动系统大量使用感应电机作为动力单元，大大拖低了电力系统的功率因数，电力系统较低的功率因数会降低发电机的出力，降低线路末端电压，增大线路损耗，所以补偿电力系统无功功率，改善供电质量成为迫切需要解决的问题。

传统的电力系统无功补偿方式一般采用电容补偿柜或者同步调相机两种方式，这两种方式都存在着无功功率补偿范围窄，调节不够平滑，动态响应特性差等缺点，并且使用维护成本高综合是想用效果不佳。

在电力系统中应用基于电力电子技术和微处理器技术的静止无功发生器相对于传统的电容器补偿和同步调相机补偿策略可以使本问题得到更好的解决，该设备不仅能快速调节无功功率还能实现从感性到容性的全范围无功功率补偿。

1 并联型电压型静止无功发生器（SVG）工作原理在SVG各种类型中，占主导地位的是并联电压型静止无功发生器，原因在于电压型SVG相对于电流型SVG更加稳定。

这种静止无功发生器可认为由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。

其中补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成的。

图1 并联电压型静止无功发生器的原理框图2 静止无功发生器（SVG）的数学模型静止无功发生器（SVG）是复杂的非线性强耦合系统，要想建立精确的数学模型是比较困难的。

为了简化问题以便于分析，首先假设：1）忽略主电路中电力电子器件（包括可控开关器件及与其反并联的二极管）的通态压降，即等效为一理想的双向开关；2）忽略主电路直流侧电容电压的波动，即等效为一理想直流电压源；3）忽略电源内阻抗和线路阻抗的影响；4）SVG补偿电流输出侧串联的电感为一理想电感；5）SVG在正常工作时，同一桥臂上下两个开关器件工作在互补状态，不考虑死区的影响。

SVG 综合控制策略研究李文静【摘要】主要根据谐波、闪变等一系列综合治理问题，基于SVG设计出一种控制策略，其能够以星型接线的方式进行，并且还能够在综合治理电压闪变、谐波电流等诸多问题中使用，同时还把这一技术引入到现实之中，取得非常不错的综合治理效果。

【期刊名称】《技术与市场》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】2页(P122-123)【关键词】SVG;变电站;谐波;瞬时功率【作者】李文静【作者单位】郑州煤炭工业集团有限责任公司供电处，河南郑州450042【正文语种】中文将冲击性非线性用户接入某110 kV 变电站之后，影响到电能质量。

具体来说，3、5、7 次谐波电流出现非常明显的超标现象，同时，电压出现相对较大的波动，对于整个电网的经济与安全可靠运行产生负面影响。

必须通过科学、经济的措施来综合治理这一个变电站，提高其电能质量。

现阶段，已经有一系列的设备引入到高压系统电能治理之中，其中包括无源滤波器(FC)、动态无功补偿装置SVG、静止无功补偿器SVC(FC+TCR,FC+MCR) 等几种类型。

在这里，FC基本上是单调谐滤波器，主要是用来将谐波滤除，并用来对基波无功进行补偿；SVC主要是以三角形接线来发挥作用，平衡三相无功，它们组合之后能够实现诸多功能，例如滤除谐波、无功补偿等。

对于TCR功率损耗来说，其涉及到控制晶闸管与电抗器损耗，两者分别与支路电流、支路电流的平方近似正比。

整体而言， TCR功率损耗往往保持在安装容量2%~4%范围内；另一方面，由于它在调整的时候形成谐波、响应速度偏低等方面的影响。

伴随SVG技术的不断发展，在电网应用实践中，其逐渐取代了SVC。

在电网电能质量综合治理过程中引入SVG，其功能包括无功动态补偿、闪变、谐波等方面。

目前，在负序治理过程中引入星型接线的SVG，仍然停留在起步时期，业界有关人士研究了基于SVG的负序检测方法，为此提供了参考依据。

笔者主要基于110 kV 四街变电站电能质量具体状况，细致地探讨了SVG综合控制技术，分析其存在的优势以及不足之处，并且在实践中对这种技术进行验证，以期为相似项目的实施提供参考依据。

SVG无功补偿装置的基本原理及仿真分析特变电工新疆新能源股份有限公司新疆乌鲁木齐830011摘要：随着工业用电复杂性的提高和干扰因素的增多，配电网中的三相不平衡问题越加凸显，同时电网对无功补偿的需求也更加强烈。

静止无功发生器SVG 是当前电网中应用较为广泛的一种先进的无功补偿装置，其性能受电压波动的影响较小，同时装置本身产生的少量谐波对电网影响较为有限。

基于此，本文针对典型的SVG系统拓扑结构进行了研究，并基于此介绍了SVG的工作原理和控制方法。

最后通过Matlab仿真验证SVG对系统无功的调节作用以及对不平衡电流的调节作用。

关键词：无功补偿；瞬时无功；电流控制1绪论近年来随着单相大功率电气设备的不断增多，对配电网三相负载的平衡造成了很大的影响，改善配电网的三相平衡是目前较为关注的热点问题[1]。

无功功率主要用于设备间的能量转换，如电机、变压器等，本身不会对外做功[2]。

虽然如此，但无功功率依然会占用电网资源，影响电能质量，甚至由于过大的电压跌落导致系统脱网。

2 SVG基本原理2.1动态无功补偿装置SVG的特点分析SVG是建立在在静止无功发生器的基础上进行综合补偿的一种装置设备，就当前的实际情况来看，SVG是目前世界上最为先进和实用的动态无功补偿装置，具有强大的能力，能够匹配装置和电网的实际需求，进而连续发出所需容性和感性无功功率。

SVG动态无功补偿装置的主要特点和优势包括了以下几个方面的内容：第一，SVG动态无功补偿装置相较于其他补偿装置其消耗的能量更少。

就当前实际情况来看，在相同的条件和范围中，SVG动态无功补偿装置比传统的晶闸管控制电抗器以及磁控电抗器类动态调节装置耗能更加小，平均耗能只占这两种的百分之二十，大大的降低了能源的损耗；第二，SVG动态无功补偿装置的实际安装使用面积更小。

从当前的动态无功补偿装置系统的安装中来看，由于SVG动态无功补偿装置的很多组成部分是半导体，并且使用的是直流电进行储能的工作，这就大大的节约了装置的体积；第三，SVG动态无功补偿装置相较于其他装置更具安全性，这是由于SVG动态无功补偿装置在工作中是可以过滤谐波的，这样就是的风力发电系统中不需要再增加额外的滤波装置，促使发电系统更加安全稳定的运行；第四，SVG动态无功补偿装置相较于其他装置反应与反馈更加及时迅速。

0 引言针对智能配电网，如果要提高功率系数，就需要采用无功补偿设备减少变压器以及线路的损耗，从而改善配电环境。

因此，有效选取无功补偿设备对电网来说是非常关键的。

好的设备可以减少传输损耗、提高电能质量[1]。

否则，就可能导致电压波动、谐波增大等。

对于无功补偿装置的选取，以TCR 为代表的静止无功补偿器（SVC）与静止无功发生器（SVG）进行比较，SVG 以快速性、多重化拓扑、补偿电流谐波含量小的优势[2]。

然而，分布式电源的引入打破了电网的平衡。

因此，级联H 桥SVG 凭借自身模块化、扩展性强以及具备良好的谐波特性而被普遍使用。

因此该文研究并分析了SVG 的检测、控制方法。

1 基于瞬时对称分量法i p -i q 的无功检测方法电网不平衡时，采用基于瞬时对称分量法的i p -i q 法来检测无功。

瞬时对称分量法在该处的作用为分离电网侧电压及电流，并得到它们的正负序分量。

首先，利用Clark 变换对三相电压、电流进行转换，如公式（1）所示。

（1）式中：u a 、u b 和u c 为电网侧三相电压；u α为三相电压在α轴上的分量；u β为三相电压在β轴上的分量。

令u ，为虚单位。

其向量图如图1所示。

u +是u 逆时针旋转所得，u -是u 顺时针旋转所得，且u u u ，那么就有新公式，如公式（2）所示。

uu u u u uu u（2）令uue e 这就是幅频响应，φ为函数u （t ）在时间为t 处的相位、U +、U -分别为电网电压正负序分量的有效值。

可以得到新公式，如公式（3）所示。

u uu uuuu uu ee eeee（3）将公式（2）与公式（3）联立，得到新公式，如公式（4）所示。

u uueeu uu（4）当时间为t 时，要得出电压的基波正、负序分量，应对上式求解，如公式（5）所示。

u u uu uue e（5）将公式（5）展开，并求极限，如公式（6）所示。

u u d u duuud d（6）将（t ）u代入上式，并对其进行abc -αβ0变换，得到公式（7）和公式（8）。