fc-cr型scv控制系統(tǒng)的設(shè)計與控制

fc-cr型scv控制系統(tǒng)的設(shè)計與控制

0動態(tài)無功補償裝置svc近年來，大量電弧爐、鋼絲繩等脈沖負荷被引入電網(wǎng)，這嚴重影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。這些沖擊性負荷使電網(wǎng)功率因數(shù)降低,增加電網(wǎng)損耗。同時,沖擊性負荷產(chǎn)生的無功沖擊還會引起電網(wǎng)電壓降、電壓波動及閃變等,降低了電能質(zhì)量。在這些沖擊性負荷接入點裝配靜止型動態(tài)無功補償裝置SVC(StaticVarCompensator),可消除無功沖擊,提高功率因數(shù),平衡三相電流。SVC典型代表是固定電容器+晶閘管控制電抗器FC+TCR(FixedCapacitor+ThyristorControlledReactor)。TCR型動態(tài)無功補償裝置通過調(diào)節(jié)TCR晶閘管的觸發(fā)延遲角來實現(xiàn)動態(tài)無功補償,使補償點的功率因數(shù)得到提高。瞬時無功功率理論突破了以周期為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)功率定義,能夠計算系統(tǒng)的瞬時功率值,正好滿足了無功補償裝置快速連續(xù)動作的要求,所以目前大多數(shù)的靜止無功補償裝置都基于這種理論。模糊控制是一種典型的智能控制方法,它可以不依賴于被控對象的精確數(shù)學模型,克服非線性因素的影響,對被控對象的參數(shù)具有較強的魯棒性。文中提出的模糊-PI雙?？刂品椒ňC合了PI控制和模糊控制的優(yōu)點,具有較高的精度和魯棒性,對靜態(tài)無功補償裝置的補償性能有很大的提升。1基于濾波的靜物補償方法準確、實時地檢測出電網(wǎng)中瞬時無功功率的變化,以確定SVC的無功補償量,是決定SVC動態(tài)補償性能的前提。目前的SVC裝置比較多的運用基于瞬時無功功率理論的算法來檢測無功功率。下面介紹檢測算法的實現(xiàn)。將三相電路各相電壓瞬時值(ua、ub、uc)和電流瞬時值(ia、ib、ic)變換到兩相正交的a-β坐標系上,分別為uα、uβ及iα、iβ。變換如下:變換矩陣的形式如下:在α-β坐標系上,uα、uβ以及iα、iβ分別可以合成為電壓矢量u和電流矢量i,即基于瞬時無功功率理論,三相電路的瞬時有功和無功功率為以三相三線制系統(tǒng)為例,若電壓、電流含有諧波且三相不平衡時,三相電流、電壓的瞬時值可表示為其中,為第h次諧波電流、電壓正序分量的有效值;為第h次諧波電流、電壓負序分量的有效值;Φ1,h、φ1,h為第h次諧波電流、電壓正序分量的相位角;Φ2,h、φ2,h為第h次諧波電流、電壓負序分量的相位角。把式(1)(5)(6)代入式(3),可得:從式(7)和式(8)可以得到各次諧波在α-β坐標系下的物理意義,下面進行分析。當三相系統(tǒng)含有h次正、負序電壓和電流諧波分量時,經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換后在α-β坐標系下為一系列旋轉(zhuǎn)矢量,其中第h次正序電壓和電流諧波分量所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)矢量的角速度為hω;第h次負序電壓和電流諧波分量所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)矢量的角速度為-hω。各次諧波分量在α-β坐標系下與在abc坐標系下的關(guān)系如圖1所示。如果想得到m次電流正序諧波分量,可以對式(7)左右兩邊都乘上e-jmωt,就可以得到如下表達式:其中,直流分量為交流分量為顯然,通過低通濾波器就可以把其中的直流分量分離出來,得到該矢量的模和相角,由此就可以得到m次電流正序諧波分量的幅值和相角。文中,使用平均值濾波器進行濾波。對于無功補償設(shè)備,需要的參數(shù)為原系統(tǒng)中的正序電壓、電流基波分量和負序電流基波分量。根據(jù)上述算法,對式(7)左右兩邊乘上e-jωt(ejωt),對式(8)左右兩邊乘上e-jωt,在通過平均值濾波器后,即可分離出正序電壓、電流基波分量和負序電流基波分量對應的直流量,分別為:Ud1,Uq1,Id1,Iq1,Id2,Iq2。它ffl的表法成為通過式(12)可以很容易得出基波正序電壓的幅值和相角、基波正序電流的幅值和相角、基波負序電流的幅值和相角。2補償導納的計算如文獻所述,根據(jù)疊加定理,靜止無功補償器可以看作是由2個部分組成的:一部分三相電納是平衡的,在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生正序電流,用來提供負荷所需的無功電流或維持電壓,稱作正序補償器;另一部分三相電納不平衡,在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生負序電流,用來抵消不平衡負荷引起的負序電流,稱作負序補償器。二者所要提供的電納之和即為靜止無功補償器所要補償?shù)碾娂{?；谏鲜鏊枷?下面列出在α-β坐標系下2種補償器電納的計算方法。2.1正序級數(shù)所需的無功值設(shè)Q1為基波正序電壓、電流產(chǎn)生的無功,換言之Q1就是提高正序功率因數(shù)所需的無功值。Q1可以通過下式得到:由此,就可以得到為了把功率因數(shù)提高到1而需要補償器提供的電納值:2.2償器電納的計算式負序補償器電納起到了平衡三相系統(tǒng)的作用。文獻中給出了在三相系統(tǒng)中負序補償器電納的計算表達式:P2和Q2沒有物理意義,只是該文獻的作者用來簡化表達式的。式(14)和式(16)相加,就可以得到無功功率補償器所要提供的電納:再通過式(18),就可以得到晶閘管的導通角,由此正確地觸發(fā)晶閘管。3幾種常用控制策略SVC的控制可以分為3種。第1種是開環(huán)控制,這種控制方法只檢測負載電流,然后根據(jù)負載電流算出系統(tǒng)的無功和負序電流,從而算出晶閘管的觸發(fā)角,其優(yōu)點是控制簡單可靠、響應速度快,缺點是補償精度不高,容易受環(huán)境、溫度、器件老化等因素的影響。第2種是閉環(huán)控制,這種方法檢測的是電源電流,通過PI控制器或其他類型的控制器進行反饋控制,其優(yōu)點是補償精度高,缺點是控制復雜,響應速度比開環(huán)控制慢。第3種是把開環(huán)控制和閉環(huán)控制結(jié)合起來,這種方法的效果最理想,同時兼有開環(huán)控制和閉環(huán)控制的優(yōu)點,缺點是控制比較復雜。這里選用第3種控制方式,同時在閉環(huán)控制中,采用了模糊-PI雙?？刂撇呗?。檢測系統(tǒng)的負載電流iLa、iLb、iLc,電源電流iSa、iSb、iS,電源電壓ua、ub、uc。系統(tǒng)的控制框圖如圖2所示。4模糊-pi雙邊控制系統(tǒng)在SVC的閉環(huán)控制算法中,采用傳統(tǒng)的PI控制算法可以得到滿意的穩(wěn)態(tài)控制精度,但在動態(tài)過程中的快速性和平穩(wěn)性的矛盾不易解決。另外,由于SVC的非線性特性,加之SVC工作時環(huán)境和負荷的變化,控制系統(tǒng)的參數(shù)必然會發(fā)生波動,顯然采用固定的PI參數(shù)去適應SVC控制系統(tǒng)的全過程,其控制性能必然會受到影響。為了改善SVC的動態(tài)性能,文中將傳統(tǒng)PI和模糊控制相結(jié)合,利用模糊推理的策略,根據(jù)不同的偏差、偏差變化率對PI的參數(shù)KP、K1進行在線自調(diào)整,使PI控制的動態(tài)性能更加優(yōu)越。模糊-PI雙模控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中,模糊控制器的輸入為誤差e和誤差的變化率ec,輸出為PI控制器的2個參量。為了便于實現(xiàn),將此模糊控制器分解為2個常規(guī)的二維模糊控制器。采用單輸出量的模糊控制器的方法進行設(shè)計。輸入語言變量為E和Ec,其模糊集為{NB,NS,Z,PS,PB},論域為[-0.06,0.06];輸出語言變量分別為KP和KI,其模糊集為{Z,PS,PM,PB,PVB},論域為[0,0.04]。由于三角形隸屬度函數(shù)具有快速性的特點,所以各模糊量均采用三角形隸屬度函數(shù)。模糊規(guī)則的選擇是模糊控制器的核心,根據(jù)多次仿真的實驗數(shù)據(jù)總結(jié)出如下的控制規(guī)則:a.在過程值與目標值差異較大時,采用較大的KP值和較小的KI值,以提高響應速度,避免產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的波動;b.在過程值與目標值差異較小或在控制要求范圍之內(nèi)時,要通過設(shè)定較小的KP值和較大的KI值來減小系統(tǒng)的靜態(tài)誤差,提高控制精度。5投入svc的仿真利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,對上述理論算法進行仿真驗證。電源相電壓為800V,頻率為50Hz,三相不平衡負荷為。在仿真中設(shè)置5次和7次濾波器(濾波器由固定電容串聯(lián)限流電感組成),控制器采用文中所述算法。在0.06s時刻投入SVC,觀察線電流波形以及系統(tǒng)的功率因數(shù)和負序電流的變化情況。仿真結(jié)果見圖4,在圖4(a)中,可以看出在SVC投入之前,三相線電流嚴重不平衡,當投入SVC之后,經(jīng)過短暫的振蕩期后,三相線電流對稱且無畸變;在圖4(b)中,負序電流在SVC投入之前幅值很大(開始一段時間的振蕩是由于測量延遲造成的),SVC投入之后,經(jīng)過短暫的振蕩后,負序電流幅值迅速減小到近似為0;在圖4(c)中,功率因