静止无功补偿器的控制方式
静止无功补偿器TCR+TSC设计研究
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控制系统软件设计
控制系统软件设计概述 控制系统软件设计流程 控制系统软件设计关键技术 控制系统软件设计实例分析
TCR+TSC的仿真 与实验验证
仿真模型的建立
仿真模型的构建方 法
仿真模型的参数设 置
仿真模型的验证过 程
仿真模型的结果分 析
仿真结果分析
仿真模型的建立 与验证
TCR+TSC控制策 略的仿真结果
控制系统的组成
控制系统硬件：包括主控制器、驱动电路、晶闸管阀组等 控制系统软件：用于实现控制算法和逻辑控制 通讯系统：实现控制系统与上级控制系统的数据交换和信息交互 保护系统：对系统进行过流、过压、欠压等保护
控制策略的选取
选取依据：系统稳定性、动态响应速度、无功补偿效果等 常见控制策略：PID控制、模糊控制、神经网络控制等 控制策略实现方式：通过控制器对TCR和TSC进行实时控制 控制策略的优化：根据实际运行情况对控制策略进行调整和优化
TCR+TSC的设计 原理
TCR的设计原理
静止无功补偿器 TCR+TSC的组成
TCR的工作原理
TCR的控制策略
TCR的应用场景
TSC的设计原理
TSC采用基于 磁通补偿原理 的无功补偿技
术
TSC通过控制 晶闸管的导通 角来调节无功 电流的大小和
方向
TSC具有响应 速度快、调节 范围广、运行
稳定等优点
实验结果与仿真 结果的对比分析
性能评估与优化 建议
实验验证方案
实验目的：验证 TCR+TSC在静 止无功补偿器中 的性能表现
实验设备： TCR+TSC装置、 可编程电源、测 量仪表等
静止无功补偿器((TCR+FC)SVC)
SVC-技术参数
项目 电网电压（kV） TCR 额定功率（Mvar） 晶闸管阀组结构 晶闸管冷却方式
晶闸管型式
触发方式 控制系统 控制方式 无功调节范围 调节方式 调节系统响应时间 噪声水平 辅助电网供电电压 使用期限
规格
6
10 27.5
35 66
6-300
组架开放式
热管自冷、水冷却
电触发晶闸管（ETT）或 光控晶闸管（LTT）
--------------------------------------------------------------------------◆ 轧机
轧机及其他工业对称负载在工作中所产生的无功冲击会对电网造成如下影响： ■引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率 ■使功率因数降低 ■负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以 5、7、11、13 次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网 电压产生严重畸变
◆ 先进的全数字控制系统
系统响应时间小于 10 ms 分相调节 自诊断 远程监控 ---------------------------------------------------------------------------
◆ 国内唯一的高压全载检测试验成套技术
72 小时高压全载动态连续运行成套试验检测技术 SCR 阀组成套试验技术 满足 IEC61954 要求
◆ 高可靠的 SVC 可控硅阀技术
直挂于 6 KV，10KV，35KV 系统 标准组架式结构 SCR 合理冗余设计 高效热管冷却和全密闭纯水冷却 光电触发和光触发 ---------------------------------------------------------------------------
静止无功发生器（SVG）无功补偿
静止无功发生器（SVG）无功补偿静止无功发生器（SVG）无功补偿专业知识：静止无功发生器（SVG）是指采用全控型电力电子器件组成的桥式变流器来进态无功补偿的装置。
SVG的思想早在20世纪70年代就有人提出,1980 年日本研制出了20MVA 的采用强迫换相晶闸管桥式电路的SVG，1991年和1994年日本和美国分别研制成功了80MVA 和10OMVA的采用GTO晶闸管的SVG。
目前国际上有关SVG的研究和将其应用于电网或工业实际的兴趣正是方兴未艾,国内有关的研究也已见诸报道。
与传统的以TCR为代表的SVC相比,SVG的调节速度更快,运行范围宽,而且在采取多重化或PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。
更重要的是,SVG使用的电抗器和电容元件远比SVC中使用的电抗器和电容要小,这将大大缩小装置的体积和成本。
由于SVG具有如此优越的性能,是今后动态无功补偿装置的重要发展方向。
无功补偿的专业知识：与电网中的有功损耗相比，无功损耗要大的多，这是因为高压线路、变压器的等值电抗要比电阻大得多，并且变压器的励磁无功损耗也要比励磁有功损耗更大，事实证明电网最基本的无功电源——发电机所发出的无功功率远远满足不了电网对无功的需求，因此对电网进行无功补偿显得尤为必要。
另外，对电网采取适当的无功补偿可以稳定受端及电网的电压，在长距离输电线路中选择合适的地点设置无功补偿装置，还可以改善电网性能，提高输电能力，在负荷侧合理配置无功，可以提高供用电系统的功率因数，减少功率损耗，因此，电网中无功补偿的作用已得到普遍重视。
1.电网无功补偿的方法电网无功补偿方法有很多种，从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用经历了近一个世纪的发展历程，下面将按无功补偿方式的发展顺序逐一论述电网的无功补偿方法。
1.1同步调相机同步调相机是一种专门设计的无功功率电源，相当于空载运行的同步电动机。
调节其励磁电流可以发出或吸收无功功率，在其过励磁运行时，向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，可提高系统电压；在欠励磁运行时，它会从系统吸取感性无功功率而起无功负荷的作用，可降低系统电压，同步调相机欠励磁运行吸收无功功率的能力，约为其过励磁运行发出无功功率容量的50％～65％。
无功补偿控制策略
无功补偿控制策略1.静态无功补偿控制策略：静态无功补偿控制策略主要包括静态无功补偿器的投入和退出控制。
静态无功补偿器包括无功补偿电容器（电感器）和静止补偿器（如STATCOM和SVC等）。
静态无功补偿器的控制主要是根据电压和无功功率的变化，通过控制开关装置对电容器（电感器）和静止补偿器的投入和退出进行控制，来实现无功功率的补偿。
2.动态无功补偿控制策略：动态无功补偿控制策略主要采用电力电子设备来实现无功功率补偿。
常见的动态无功补偿设备有同步电动机发电机组（Synchronous Condenser）、UPFC（Unified Power Flow Controller）等。
动态无功补偿控制策略主要是对动态无功补偿设备的控制参数进行调节，以实现对电力系统无功功率的精确控制。
3.直接电流控制策略：直接电流控制策略是一种基于直接电流测量的无功功率补偿控制策略。
该策略通过直接测量负荷侧的电流大小和方向，判断无功功率补偿的需求，并通过控制电力电子装置来实现无功功率的补偿。
这种策略具有实时性强、响应快、控制精度高等优点，但需要在负荷侧进行直接电流测量，因此要求测量装置的精度和可靠性较高。
4.基于模糊控制的策略：基于模糊控制的无功补偿策略是一种基于模糊逻辑的控制手段。
该策略通过利用模糊控制的非线性和模糊度的特点，构建模糊控制器，从而实现对无功功率的补偿。
模糊控制器可以根据实际控制需求和工作状态进行自适应调整，从而提高控制的准确性和稳定性。
从上述介绍可以看出，无功补偿控制策略的选择将取决于电力系统的特点和需求。
不同的策略具有不同的特点和适用范围，需要根据具体情况来选择和设计。
同时，无功补偿控制策略的效果也需要经过充分的仿真和实验验证，才能确保在实际应用中能够取得良好的性能和效果。
SVC无功补偿控制系统项目介绍
2.6 晶闸管阀的保护
当晶闸管接通或断开电流时，将会在晶闸管两端产生周期 性的电压跃变，为了阻尼电压跃变及线路上的暂态电压，晶 闸管阀均配有由电容器及电阻或非线性电阻构成的保护元件。 另外晶闸管设有过电压保护、过电流保护、过负荷保护等。
2.7 晶闸管阀的冷却装置
晶闸管元件的冷却方式较多，但主要有下列几种：水冷、 油冷、风冷及热管冷却。
2.4.2 工作原理： 每周期采样32点，采用傅里叶算法计算电压、电流、功 率因数；利用公式 Q 3UI sin 计算无功功率。 2.4.3 技术特点： 抗干扰能力强，通过IECIII级干扰试验。 可在较强谐波含量工况下，精确计算基波的电流、电压 、 无功，有功及功率因数。 采用高性能单片机，集成度高，成本低，可靠性高 。
2. 交流电流： 将装置各电流回路端子顺极性串联并通入测量电流，要求各回路的测量范围和测 量误差满足表2的规定；
表2各电流回路顺极性串联测试电流
输入电流 测量误差 0.10 I e ≤10% 0.20 I e ≤2.5% 0.50 I e ≤2%
Ie
≤1%
1.1 I e ≤1%
1.3 I e ≤2.5%
21
22
23
24
25
26
采用德国SIEMENS公司的 SIMADYN-D控制系统
采用德国SIEMENS公司 的SIMADYN-D控制系统 在目前国内是一个广泛 被接受的实践； 全数字化控制 响应速度快 控制精度高 但价格较高，约130万， 但硬件仅30万，主要是 软件
内存模块（MM3型）
◆ 额定补偿容量：50Kvar-10Mvar
◆ 电压测量精度：不大于1%
◆ 电流测量精度：不大于2.5% ◆ 有功测量精度：不大于5% ◆ 无功测量精度：不大于5% ◆ 控制系统动态响应时间小于10ms ◆ 模拟输入16路
静止无功补偿器(SVC)简介10
主要性能及特点
友好的人机界面
运行人员监视控制主回路界面
主要性能及特点
友好的人机界面
TCR回路监视界面
主要性能及特点
友好的人机界面
控制方式选择及参数设置界面
主要性能及特点
友好的人机界面
水冷系统监监视界面
主要性能及特点
友好的人机界面
手动触发录波及主机监控界面
主要性能及特点
友好的人机界面
工程应用之一
安装SVC稳定供电电压的好处
提高系统的静稳定、动稳定和暂态稳定储备 过低的电压通常是重负荷或供电容量短缺造成的，低电压供电会使 负荷运行性能变坏，对于感应电机负荷，这种情况尤其明显。 过高的供电电压可能导致变压器激磁饱和，增加损耗。同时，对设 备绝缘也极为不利。 对于雷击等异常原因引起的暂态过电压，SVC具有瞬时吸收无功、抑 制该类暂态过电压的功能。 经系统仿真验证,在该站10kV I母上安装17Mvar的SVC。
不同触发角度下的TCR电流波形
工作原理
TCR 关断
TCR 开通 TCR 阀组电压以及电流随触发角变化的波形
主要构成
主要构成
降压变压器(根据需要) 开关柜 线性（空心）电抗器 电容器组/滤波器组
主要构成
晶闸管阀组 纯水冷却系统
晶闸管阀组 水风冷却系统
水水冷却系统
纯水冷却系统
目前被最广泛使用的SVC，主要是TCR+BSC（FC）形式。
概述
应用领域
电网
输电系统 配电网 风力发电
工业用户
冶金：电弧炉、精炼炉 钢铁：轧钢机 电气化铁路：牵引站 化工：工业研磨机、电解电源 采矿：矿石提升机械 港口：海港起重机 重型加工业：大型木材加工机械、大型焊接机械
SVG电压控制特性说明
静止同步补偿器电压调节控制特性说明皎静止同步补偿器是一种由并联接入系统的电压源换流器构成的动态无功补偿装置，又简称为STATCOM或SVG。
其输出的容性或感性无功电流连续可调，其输出无功电流在可运行电压围与系统电压无关，具有良好的无功控制能力。
一、SVG主要控制方式简介静止同步补偿器目前广泛用于新能源接入领域，用于校正功率因数、稳定电压和提高风机或光伏变流器低电压/高电压穿越能力。
静止无功补偿装置的控制模式主要分为如下几种：恒无功控制模式、无功控制模式和电压控制模式等基本控制模式，主要的控制模式说明如下：1、恒无功控制模式通过闭环控制，使链式STATCOM运行在给定无功功率状态的控制模式。
此模式主要应用于设备调试、检修或功能特性测试时，当特殊情况下需要手动指定输出无功的时候也可使用此模式。
2、电压控制模式通过闭环控制，使考核点电压维持在设定水平的控制模式，是SVG连续运行控制的基本模式之一。
3、无功控制模式使负荷的无功量与SVG输出无功之差维持在一个规定的围的控制方式，即总无功不超过一个定值，这个值根据系统要求确定，称为调节死区。
4、电压无功联合控制方式以上电压控制方式和无功控制方式是控制器的基本控制模式，电压和无功可以单独控制也可联合控制，或加权联合控制。
一般采用在调度预先确定的电压合格围（如在设定电压的-3%～+7%或-5%～+5%）采用无功控制方式，以降低与电网的无功交换，提高功率因数，降低网损；在超过此电压围时，则转入电压控制，用于电压稳定，提高风场电压穿越能力。
5、AVC控制模式AVC控制模式是SVG设备接受AVC控制指令输出（无功或电压指令）的控制模式。
当同一风场存在多套动态无功补偿设备时，应采用AVC协调各套无功补偿设备输出，AVC应下发无功控制指令，若下发电压控制指令，会造成不同无功补偿装置输出不均衡或输出震荡。
二、SVG电压控制说明SVG进行电压控制的VI特性曲线见下图1。
图中向右上方倾斜的线表示SVG输出无功与目标电压的关系，SVG装置实际运行时，此线上的每一个点均代表实际的运行状态所对应的电压与无功功率（或无功电流）。
静止同步补偿器STATCOM
静止同步补偿器[浏览次数：133次]静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STA TCOM)是柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System，FACTS)的核心装置和核心技术之一。
采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管(GTO)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，集成门极换向晶闸管(IGCT)，并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。
与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。
目录静止同步补偿器分类静止同步补偿器控制方式静止同步补偿器工作原理静止同步补偿器应用及现状静止同步补偿器分类从理论上可以将静止同步补偿器分为电压源型和电流源型。
就其电路结构来说，电压源型静止同步补偿器直流侧并联有大电容，保证在持续充放电或器件换向过程电压不会发生很大的变化，桥侧串联电感，而电流源型静止同步补偿器则是直流侧串联大电感，保证在器件换向或充放电器件电流不会有大的波动，桥侧并联电感。
如图所示。
在实际应用中，常用的大容量静止同步补偿器采用的基本都是电压源型结构。
但是可以将SVG控制为电流源来进行无功补偿。
4提出了一种新的静止同步补偿器控制策略即采用电压控制电流源(VCCS)的策略和改进的电压控制电压源(VCVS)的策略来补偿电力系统公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)电压不平衡，特别是在较小容量时采用VCCS方式将能达到最好的补偿效果。
按构成基本单元逆变器模块，可以将静止同步补偿器分为单相桥二电平，三相桥二电平，三相桥多电平。
在大容量高电压等级的应用场合中，往往需要将多个低压小容量变换器通过控制技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制，直接指令电流的发生，结构简单，电流调节响应快，对扰动的鲁棒性好，但是只适用于中小容量场合，对于大容量场合具有很大的局限性。
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SVC 输出容量控制主要有电压控制和恒导纳控制两种方式,可以在运行人员的指令下互相切换。
3.1.1电压控制模式
这种控制模式下控制系统将测量所得到的母线电压Vmeas与一个设定的参考电压Vref 进行比较,然后将差值进行计算, 得到一个标么值电纳信号Bref ,该电纳值除以单组机械可投切电容(电抗) 器的电纳值可以确定需要的电容(电抗)器数目,而差值由TCR来补充。
随后将该标么值电纳送往脉冲触发发生电路,控制TCR 的触发角。
SVC稳态特性曲线的斜率采用电流反馈来实现,这种方法能够保证在SVC 控制范围内使端电压和端电流之间保持线性关系。
实测的SVC电流ISVC与代表调差率的系数KSL相乘,构成信号VSL再输入到加法节点。
当ISVC为感性时, VSL取正;当ISVC为容性时,VSL取负。
其传递函数为:G( s) =K1（1+s T Q）/s(1+s Tp),其中T Q=Tp+Kp/K1
由于Tp通常设为零,因而控制器转化为简单的比例积分器,比例系数Kp 反映响应速度。
电压调节器输出的电纳参考信号被送到触发计算单元,该单元计算出6 组触发角,送至脉冲发生电路,从而在SVC 母线上得到期望的电纳值,达到设定的控制目标。
3.1.2恒导纳控制模式
在该模式下,SVC 的等效导纳Bord 由运行人员设定,且该导纳可以在规定范围内连续可调。
Bref来自电压调节器的输出,在恒导纳模式下被偏置。
首先根据监控单元提供的开入量需要确定已投运的电容(电抗) 器组的等效电纳,然后经过电纳计算,得出仍需投切的电容(电抗) 器组以及需要的TCR 触发角连续调节的等效感性电纳。
最后换算成触发角发送到触发脉冲发生电路。
3.1.3 PWM电流控制
对PWM电路的电流控制可分为间接电流控制和直接电流控制。
前者通过控制整流器产生的交流电压基波分量的相位和幅值来实现PWM 交流侧的电流控制；后者采用跟踪型PWM控制技术对交流侧的电流进行直接控制。
在目前的STATCOM 系统中，考虑到PWM开关频率较低以及功耗问题，因此多采用间接电流控制。
但间接电流控制其网侧电流的动态响应慢，且对系统参数变化灵敏。
相比之下，直接电流控制更能精确地控制PWM输出的电流，因此在DSTATCOM设计中，采用直接电流控制方法，从而可以设置较高的PWM 开关频率，减少输出电流谐波，获得较好的输出电流波形，进而降低系统设计成本，提高运行可靠性。
该实验控制方法采用基于矢量变换的直接电流控制，其控制方案如下图所示。
该实验控制方法采用基于矢量变换的直接电流控制实测三相输出电流ia，ib，ic 经过d-q 变换与指令电流生成无功电流指令，实测直流侧电压Udc与控制电压通过电压控制器生成有功电流指令，此指令送入电流控制器进行调节，经过d-q 反变换得到三相PWM指令信号。
利用DSP 的事件管理器生成PWM 输出信号，对输出电流进行直接控制，以获得所需要的电流波形。
系统采用内、外环控制，控制外环对电压进行控制，以稳定直流侧输出电压，方便并网，提高系统运行可靠性；控制内环对输出电流进行直接控制，以提高系统动态响应性能。
由于矢量变换参考值和反馈值在稳态时均为直流信号，因此可通过调节器进行无稳态误差的电流信号跟踪，以消除系统的静态误差，提高DSTATCOM的补偿精度。
3.1.4 静止无功补偿器多目标统一控制方法
随着SVC在电网及负荷补偿中的广泛应用，其控制器的设计也就成为研究热点在电压控制方面，有很多学者提出了智能自适应比例积分微分(proportion integral differential，PID)控制方式、基于模糊算法，遗传算法等算法的非线性SVC控制方式、蚁群算法寻优的PID控制方法等。
在功率因数控制方面，主要有传统PI控制及神经网络控制等。
在不平衡补偿方法上，主要有基于瞬时无功功率和同步对称分量法、虚拟对称三相系统合成电压矢量的同步平衡补偿法和Steinmetz 平衡化补偿法等。
这些关于SVC在电能质量方面的控制，大多是针对单一电能质量目标的，少有文献研究SVC在多个电能质量目标方面的控制。
本文针对SVC补偿配电网负荷引起的电压波动、功率因数较低和负载电流不平衡的问题，提出一种多目标统一控制器，主要由功率因数闭环–负序电流补偿前馈控制支路和S VC安装点电压闭环–负序电流补偿前馈控制支路组成。
它可以依据负荷在不同运行状态所引起的电能质量问题，进行两条控制支路之间的自动切换。
其中对功率因数闭环–负序电流补偿前馈控制支路设计了模糊P I 控制算法，对S VC 安装点电压闭环–负序电流补偿前馈控制支路设计了非线性P I 控制算法。