论文总字数：26359字

摘 要

随着电网规模的不断扩大和用电设备的不断增多，电能质量的重要性逐渐凸显。而柔性输电技术（FACTS）的提出与发展又使得无功补偿问题变得越来越重要。静止无功发生器（SVG）是一种新型的先进的无功补偿设备，它的出现为无功补偿提供了新的研究方向。本文探讨了SVG的几种控制策略，得出了一些结论，并希望这些结论有助于SVG的实际应用。

本文利用MATLAB中的Simulink功能搭建了仿真平台，包含三相三线制SVG模型、主电网电路模型（其中电网电压可添加谐波电压以产生畸变的三相电压，负载侧可带整流负载或RL负载）、电流检测模块以及电流控制模块。设计电流检测模块时，讨论了两种无功电流的的检算方法：基于瞬时无功理论的法和法，且通过仿真平台测试了这两种方法提取无功电流的能力和补偿谐波电流的能力。同时，在主电路模型和电流检测模块的基础上，测试了两种电流控制方案：电流滞环比较控制和三角波比较控制，验证这两种方法在不同电源电压和负载种类下能否较好的跟随指令电流以产生控制脉冲。

本文通过观察比对几种控制策略的仿真结果，验证了这些控制策略在某种电压条件和负载条件下的可靠性，对仿真结果之间的差异做了说明和总结。

关键词：SVG；无功补偿；瞬时无功理论；坐标变换

Abstract

With the continuous expansion of power grid scale and the increasing use of electrical equipment, the importance of power quality has gradually become prominent. With the development of flexible transmission technology (FACTS), reactive power compensation becomes more and more important. Static Var Generator (SVG), as an effective device to compensate reactive power in power system, has gradually become a research hotspot in power electronics technology. In this paper, several control strategies of SVG are discussed and some conclusions are drawn. It is hoped that these conclusions will contribute to the practical application of SVG.

In this paper, the Simulink function in MATLAB is used to build a simulation platform, which includes three-phase three-wire SVG model, main grid circuit model (in which harmonic voltage can be added to the grid voltage to generate distorted three-phase voltage, rectifier load or RL load on the load side), current detection module and current control module. In the design of current detection module, two methods of reactive current detection are discussed: P-Q method based on instantaneous reactive power theory and ip-iq method. The ability of extracting reactive current and compensating harmonic current is tested by simulation platform. At the same time, based on the main circuit model and current detection module, two current control schemes are tested: current hysteresis comparative control and triangular wave comparative control, which verify whether the two methods can better follow the command current to generate control pulses under different power supply voltage and load types.

By observing and comparing the simulation results of several control strategies, the reliability of these control strategies under certain voltage and load conditions is verified, and the differences between the simulation results are explained and summarized.

Key words: SVG; reactive power compensation; instantaneous reactive power theory; coordinate- transformation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1无功补偿的意义和作用 1

1.1.1无功不平衡的危害 1

1.1.2无功补偿的意义 2

1.2无功补偿装置发展概述 2

1.3本课题的研究内容 3

1.4本章小结 3

第二章 SVG的基本原理和特性 4

2.1 SVG的发展史 4

2.2 SVG的基本原理和特性简介 4

2.2.1 SVG工作原理 5

2.2.2 SVG工作特性分析 6

2.3 SVG的主要优点 7

2.4本章小结 8

第三章 无功电流检测 9

3.1传统无功电流（含谐波电流）的检测方法 9

3.2基于瞬时无功理论的无功电流检测法 10

3.2.无功电流检测法 11

3.2.2无功电流检测法 13

3.3本章小结 14

第四章 SVG触发脉冲控制策略 15

4.1电流滞环比较法 15

4.2三角波比较法 16

4.3本章小结 17

第五章 基于Simulink平台的仿真验证 18

5.1搭建仿真模块 18

5.1.1仿真模型总览 19

5.1.2交流电网主电路模块 20

5.1.3无功电流检测模块 21

5.1.4触发脉冲控制模块 25

5.2仿真结果分析 26

5.2.1 PI参数确定和控制结果分析 27

5.3 控制策略动态响应仿真分析 41

5.4本章小结 44

第六章 结论 45

6.1 本文结论 45

参考文献 46

致 谢 47

第一章 绪论

1.1无功补偿的意义和作用

自法拉第于1831年研究发现电磁感应定律之后，历经短短数十年的发展，人类社会就正式踏入了高速发展的“电气时代。”一百多年后的今天，电能已经成为了人类社会最重要的二次能源，关系着国民生产生活的方方面面。随着经济高速发展的需要，今天的电网已经发展成了一个庞大的、复杂的、联合的大系统。在这个系统里，有繁多的一二次设备和不同种类的用电负载，它们对电能质量提出了很高的要求。所以，电能质量的好坏直接关系着电网能否安全、可靠、高效的运行，关系着这些设备的工作精度和使用寿命。如何保障电能质量，也成为了目前亟需解决的问题。

无功功率的存在是电网建立以来最严重的的安全隐患之一^[1][2]。我们知道，电网中并不是所有的能量都用在对外做功上，必须有一部分能量用来维系电气设备中的电磁场。没有电磁场，交流电气设备就谈不上能量的传输与转换。这部分必须要消耗，而又不直接对外做功的能量，就是无功。电力系统中的无功的来源很多，主要包含以下两方面。一是电网中阻感或阻容性设备。电网元件和生产生活中的用电设备，多数都是阻感性的，比如变压器或异步电动机，它们是我们日常生活中随处可见的设备，在电网设备中占到了相当高的比例。它们内部电磁场由带铁芯的线圈建立，可看做一个大电感，它们在工作时是需要吸收大量感性无功的。二是来自非线性负载。随着电力电子技术的发展，大量相控整流电路得到了实际应用，这些整流电路在工作的时候，电流电压之间存在相位差，需要吸收大量无功。同时，这些电路受到半导体开关频率的限制，对输入的信号并不能做到完全跟随，如此一来，它们自身就可看做一个谐波源，工作的时候需要吸收无功^[3]。除此之外，工业企业的大型设备如电弧炉、轧钢机等起动的时候，需要吸收大量的无功，对于无功补偿不足的区域电网而言，这部分无功变化也是不可忽视的。

1.1.1无功不平衡的危害

无功不平衡会给电网带来严重影响，主要有以下几个方面：

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