SVG技术在配电网中的应用.pdf

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1、SVGSVG 技术在配电网中的应用技术在配电网中的应用王光政;平增;卢伟;侯建峰;张娟【摘【摘 要】要】随着电力系统的不断发展,配电网中的无功补偿显得越来越重要,但是目前配电网中的无功补偿方式造成了配电系统的大量无功传输,提高了网损率并降低了供电质量.静止无功发生器(SVG)作为改善供电质量的一种重要手段,可以很好地补偿配电网中的无功,同时还可以滤除谐波,特别适合应用于配电网中.为此,论述了SVG 的工作原理及直接电流控制的策略和 SVG 在配电网中应用的优势.在直接电流控制的策略中针对常规 PI 控制器的缺点,提出了运用能量 PI 控制器进行供电质量控制的方法.通过 MATLAB 进行了仿真

2、,仿真结果表明,采用能量 PI 控制比常规 PI控制优越性明显,同时在配电网中应用 SVG 可以提高其功率因数,达到降低网损率、提高供电质量的目的.【期刊名称】【期刊名称】华北水利水电学院学报【年【年(卷卷),),期】期】2013(034)001【总页数】【总页数】4 页(P90-93)【关键词】【关键词】静止无功补偿器;配电网;能量 PI 控制【作【作 者】者】王光政;平增;卢伟;侯建峰;张娟【作者单位】【作者单位】华北水利水电学院,河南郑州 450045;华北水利水电学院,河南郑州450045;洛阳电力公司,河南洛阳 471000;武汉光谷环保科技股份有限公司麻城大别山分公司,湖北武汉 4

3、38300;华北水利水电学院,河南郑州 450045【正文语种】【正文语种】中 文【中图分类】TM727在我国电网的总损耗中，220 kV 及其以上电网的损耗所占比例约为 31%，110kV 电网约占 26%，10 kV 及其以下配电网约占 43%13.配电网中一个重要的问题就是无功补偿问题.配电网中存在着大量的感性负荷，这些感性负荷在配电网中将吸收大量的无功功率，导致配电网的功率因数下降，使电压损失和电能损耗增加.当前，伴随着电力电子开关器件的不断发展4，为 SVG 应用提供了条件.利用SVG 可以实时地跟踪补偿无功，并可以实现感性到容性的无级补偿，以此来减少无功功率在线路上的传输，降低输配

4、电设备上的电压降和有功功率损耗，提高配电网的输配电能力.所以研究 SVG 在配电网中的应用是十分必要的，具有很大的经济效益和社会意义.1 SVG 的工作原理SVG 的基本原理就是将自换相桥电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过控制开关器件的通断，来调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出所需无功电流，实现动态无功补偿的目的5.SVG 的主电路可以分为电压型桥式电路和电流型桥式电路.由于电压型桥式电路结构比较简单，且容易控制，运行效率也比较高，所以现实中采用电压型结构的比较多.电压型 SVG 的原理如图 1 所示.图 1 电压型 SVG 原理图理想情

5、况下，将连接电抗视为纯电感，不考虑其损耗及其变流器的损耗.使电网电压和逆变器输出电压同相，仅改变逆变器输出电压幅值大小，就可以控制 SVG 从电网发出的电流是超前系统电压 90还是滞后系统电压 90，并且可以控制该电流的大小.理想情况下的电路如图 2 所示.图 2 SVG 等效电路2 SVG 的直接电流控制基于瞬时无功功率理论的 dq 坐标系下的直接电流控制结构，是利用 dq 变换把SVG 发出的电流瞬时值变换为 Id 和 Iq，然后与有功和无功电流参考值进行比较后，再进行 dq 变换，得到三相交流电流值，作为调制信号与三角波进行比较来进行PWM 控制.如图 2 所示，设配电网侧电压分别为 u

6、sa，usb，usc;R，L 分别表示电抗器的等效电阻和电感，SVG 逆变器输出电压分别用 uia，uib，uic 来表示，i的方向为从配电网侧流向 SVG 逆变侧.假设三相电网电压是平衡的，没有谐波的成分存在，则可以得到 SVG 的动态方程为对式(1)进行 Park 变换，可得 SVG 在 dq 坐标下的暂态模型为由式(2)可以看出，有功电流和无功电流存在耦合，这就给 SVG 的控制带来了难度.所以要实现 dq 轴电流的独立控制，就要对其进行解耦.一般采取前馈解耦的控制策略，令 x1=uid，x2=uiq，采用式(3)和式(4)所示的控制方程，式中 kp，ki 分别为电流内环比例调节参数和积

7、分调节参数.把式(3)和式(4)代入到式(2)可以得到解耦控制方程，化成矩阵形式为因此可以得到系统的控制结构如图 3 所示.图 3 dq 轴直接电流控制在该系统控制结构中，直流侧电容电压 udc 需要恒定，如果不恒定容易对装置的正常运行产生不利影响，使输出电压波形产生畸变，不能准确地确定主电路功率器件的容量.利用常规 PI 控制器可以对 udc 进行有效控制，但是其缺点是容易使被控系统呈现严重的非线性，具有较大的超调量和静差，响应速度也比较慢.针对常规PI 控制器的特点，提出能量 PI 控制的方法，即利用 SVG 直流侧电容的能量偏差作为电压控制的输入量如式(6)所示，式中:C 为 SVG 直

8、流侧电容值;t 为直流侧电容器的充电时间.能量 PI 控制器的输入采用电容电压与设定电容电压的平方差值，当电容电压偏离设定值越多，则控制器的反馈量就越大，能量 PI 控制器就类似一个随着电容电压偏差增加可以自动提高比例系数的常规 PI 控制器.为了让接入到配电网侧的接入电压稳定，需要引入电压负反馈，即让接入点电压的参考信号和采样值的差值经过PI 调节器，构成交流电压外环，来达到稳定接入点电压的目的，交流电压外环的输出 iqref 为电流内环的无功参考信号.3 SVG 的仿真试验运用 MATLAB 建立了 SVG 的仿真模型，仿真电路中各参数分别为:电网电压 380V，频率 50 Hz，直流侧电

9、容 1 200 F，直流侧电压 500 V，连接电抗为 3 MH，连接电阻 0.4，公共连接点电压控制器 kP=2，kI=100，直流侧电容电压控制器kP=0.8，kI=100.建立仿真模型的主要目的是验证能量 PI 控制器的优点和 SVG 对电网功率因数的改善作用.如图 4 所示，能量 PI 控制超调量小，在很短的时间内就能达到稳定，常规的 PI 控制调整时间和超调量都很大.仿真结果表明，能量 PI 控制具有更好的动态性.图 4 不同 PI 控制下的直流侧电容电压波形如图 5 和图 6 所示，投入 SVG 前系统的功率因数很低，投入 SVG 之后系统的功率因数提高，无功得到了很好的补偿，补偿

10、后配电网的电压和电流几乎是同相的，功率因数提高了.所以 SVG 在系统中可以实时跟踪调节系统的无功，维持系统的稳定性.4 SVG 在配电网中的应用4.1 调节配电网中的电压在电力系统中电压是衡量电能质量的主要指标之一，电压损耗过大，易造成负荷端电压过低，对电力系统和国民经济可能造成重大的损失.假定 SVG 投入运行前电压损耗为SVG 投入补偿后电压损耗为由式(7)和式(8)知，只要适当控制无功补偿 Qc，就能调节配电网中的电压水平.4.2 提高系统的功率因数当 SVG 没有无功功率 Qc 补偿前投入运行时，负荷电流中的无功分量由系统来承担.如果无功分量很大，则系统的功率因数就会很低，同时线路损

11、耗也会增加.当SVG 接入后，SVG 就会产生容性无功电流，补偿负荷中需要的无功电流，进而使系统的功率因数提高.4.3 降低配电网的网损在配电网运行中，负荷电流在线路、变压器上产生的功率损耗为如式(9)所示，当线路或变压器上的有功功率和电压一定时，功率损耗与负荷功率因数的平方成反比，所以提高了有功负荷率因数，可使线损率降低.因此在用户侧安装无功补偿装置，实行无功功率就地补偿，可以提高功率因数，降低线路、变压器的有功功率损耗，在提高供电企业效益的同时也降低了用户的用电费用.4.4 降低变压器的容量投入 SVG 可以减少变压器的初次投资费用.设变压器的容量为 s，当 SVG 投入后，可以节省变压器

12、的容量为如式(10)所示，投入 SVG 后可以充分挖掘出设备的潜力，节约成本.5 结语SVG 代表着现阶段电力系统中无功补偿技术新的发展方向，能够快速连续地吸收和发出感性无功，从而保证系统高效、稳定运行，所以 SVG 应用于配电网中具有很大的优势.文中采用能量 PI 控制器来代替传统的 PI 控制器，并运用 MATLAB 对其进行了仿真，检验了其优越性.随着可再生能源、分布式电源以及智能电网和微电网的兴起，SVG 将具有广阔的应用前景.参考文献1江辉，彭建春.联营与双边交易混合模式下的输电网损耗分配方法及其特性J.中国电机工程学报，2006，26(8):4954.2鲁广明，鲍海，杨以涵，等.输

13、电网网损分摊方法的比较研究 J.华东电力，2008，36(5):37 40.3江辉，周有庆，彭建春，等.基于节点电纳摄动的通用配电网损耗分配方法J.中国电机工程学报，2005，25(6):4248.4熊卿.配电变压器一体化静止无功补偿器(DTSTATCOM)关键技术研究D.武汉:华中科技大学，2011.5欧剑波，罗安，唐杰，等.静止同步补偿器的系统参数设计及应用研究J.电力电子技术，2007，41(8)34 36.6 Massoud Amin S，Bruce F，Wollenberg.Towards Smart GridJ.IEEE Power Energy Magnizine，2005，3(

14、5):3441.7 Ayday Erman，Raiagopal Sridhar.Secure，intuitive and lowcostdevice authentication for Smart Grid networksCIEEE ConsumerCommunications and Networking Conference，2011:1161 1165.8李兴源，魏巍，王渝红，等.坚强智能电网发展技术的研究J.电力系统保护与控制，2009，17:1 7.9苏玲，张建华，王利，等.微电网相关问题及技术研究J.电力系统保护与控制，2010，19:235 239.10鲁宗相，王彩霞，闵勇，

15、等.微电网研究综述J.电力系统自动化，2007，31(19):100 107.11 Basak Prasenjit，Saha AK，Chowdhury S，et al.Microgrid:controltechniques and modellingCProceedings of the Universities PowerEngineering Conference，2009.12 Johan Driesen，Farid Katiraei.Design for distributed energyresourcesJ.IEEE Power Energy Magnizine，2008，6(3):3039.13 Malmedal Keith，Kroplski Ben，Sen P K.Distributed energyresources and renewable energy in distribution systems:Protectionconsiderations and penetration levelsCConference RecordIASAnnual Meeting(IEEE Industry Applications Society)，2008.