研究探讨 煤 炭 工 程 2011 年第 7 期 FC + TCR 控制装置的研究及 simulink 仿真 李春阳，公茂法，张立军，王永清，张 鑫 ( 山东科技大学 信息与电气工程学院，山东 青岛 ) 266510 摘 要: 文章在研究 SVC 的原理基础上，探讨与比较了基于瞬时无功理论的几种检测控制 方法，并利用 MATLAB / SIMULINK 对各种方法进行了仿真与对比，实验得出 SVC 装置的无功补 偿效果，并验证了基于 C P． Steinmetz 平衡化原理的负荷补偿算法对于负荷的无功补偿效果是显 著有效的。 关键词: SVC; MATLAB / SIMULINK; 瞬时无功理论; 仿真与对比 中图分类号: TD571 文献标识码: B 文章编号: 1671 － 0959( 2011) 07-0090-02 1 概 述 、 、 、 、 轧机 电力机车 大量使用并日益增长的电弧炉 提 升机等电力电子装置，会对电网产生一系列不良影响，导 致电网严重三相不平衡 电压闪变和功率因数降低，产生 负序电流及高次谐波，严重时使电气设备不能正常工作， 降低了生产效率 解决此类问题的方法是安装具有快速响 应速度的动态无功补偿装置， 系统可以向电网快速提 供无功电流并且稳定电网电压，增加有功功率的输出，提 高生产效率，并且最大限度地降低闪变的影响 具有 的分相补偿功能可以消除负载造成的三相不平衡，滤波装 置可以消除有害的高次谐波及改善电能质量，并通过向系 统提供容性无功来提高功率因数 。SVC SVC 。 。 2 FC + TCR 型 SVC 的控制系统设计及其算法 2. 1 控制系统基本构成 SVC 的控制系统监测系统的各项参数，根据检测值与 给定输入值的差值大小，来计算并得出晶闸管的控制角， 从而调节 控制系统主要有以下四部 分构成 吸收的无功功率 SVC 。 。 ) 系统变量检测装置 1 、 电流，在经 载的电压 该装置一般包括信号接入电路 模拟数字转换电路等等 AD 。 。 按照算法需要检测系统或者负 转换成数字量输入到单片机， 电隔离电路 放大电路 、 、 、 2 ) 补偿电纳计算装置 控制系统 该装置是整个 的核心部分，决定了控制策略的实现和效果 单片机根据 检测值，按照算法得出电网系统或者负荷的无功功率，进 而计算出 的补偿电纳 SVC 。 。 SVC 。 ) 晶闸管控制角计算 3 这部分装置根据 的补偿 SVC 。 4 电纳值变换而得到晶闸管的触发控制角 ) 同步定时及触发脉冲产生装置 。 控制系统根据同步 装置提供的基准信号产生晶闸管触发脉冲，在适当时机导 触发脉冲产生装置根据单片机发送过来的控制 通晶闸管 角二进制数码，产生触发脉冲送给电光转换单元 触发脉 冲产生电路原理图如图 所示 。 。 。 1 。 PT 由 来的交流电压信号经输入限幅，同向整形后变为 占空比的同步方波信号 位同 50Hz 50% 步计数器计数，计数器输出值与单片机发来的二进制数值进 行比较 当比较相等时输出脉冲开通封锁控制电路及脉冲展 宽电路，最后形成晶闸管触发脉冲 ，送往电光转换装置 ，由它控制 CLR + 。 12 J + 。 图 1 触发脉冲产生电路原理图 控制器的设计是整个 SVC 的核心，它包括三个方面的 ) ，男，山东邹城人， 2008 年毕业于山东科技大学，现研究方向是电力系统运行与控制 。 2. 2 SVC 控制系统设计 收稿日期: 2010 － 09 － 18 作者简介: 李春阳( 1987 － 09 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2011 年第 7 期 煤 炭 工 程 研究探讨 。 SVC 根据 SVC。 内容: 首先是确定恰当的控制目标，然后是选择快速稳定 装 的控制算法，还有便是快速可靠的信号检测 置控制目标的不同，可以将它分为面向电力系统 和面 向负荷型 的主要目的是控制接 入点电压的稳定，由于系统正常情况下可以看作是对称的， 故常采用三相对称的控制策略 主要针对 负荷的功率因数及不平衡性进行补偿，大量应用于大功率 轧机 电焊机等冲击性工业负荷中 面向电力系统型 、 对不平衡负荷进行补偿时，快速是重要目标之一，为 面向负荷型 电弧炉 SVC SVC SVC 、 。 。 此常采用开环控制系统，如图 所示 2 。 开环控制由于模型的精度存在误差，虽然满足了快速 性的要求，但在功率因数补偿方面的精度难以达到要求 。 为了提高控制系统的整体性能，可采用闭环控制方式 闭 。 环控制虽然保证了补偿的精度，并且提高系统的自适应性 、 稳定性和准确性，但与开环控制相比降低了补偿的速度， 故可以采用 局 部 开 环，整 体 闭 环 的 方 法 所示 其 原 理 如 图 。 3 。 图 2 补偿电流开环控制原理图 3 由图 可知，补偿电纳可以分为两个部分: 一部分与 正序电流有关，用于补偿相位差，另一部分与负序电流有 中将补偿电纳分为两部分， 关，用于补偿三相不平衡 对补偿相位差的部分采用闭环精确控制 补偿三相不平衡 部分进行开环开环控制，这种方法既保证了快速性，又保 证了精度 图 。 。 3 。 图 3 局部开环、整体闭环控制原理 Simulink 仿真与分析 3 是 Simulink MATLAB 负荷模块 的一个分支产品，具有很强的仿 真计算功能，利用它丰富的仿真库元件可搭建仿真模型 。 系统由电源模块( 提供三相工频电源) 负荷无 功及补偿电纳计算模块( 运用瞬时无功理论测量计算负荷的 正序及负序有功功率 脉冲触发模 系统的补偿对象，定时定量 块 晶闸管控制电抗 提供平衡的或不平衡的感性或容性负荷) 器模块 并滤 除 模块( 向负荷提供固定的容性无功功率 控制角查表计算模块等组成 、FC 产生的谐波) 无功功率及补偿电纳) 三相开关模块( 提供 SVC 、 、 、 、 、 、 、 、 。 的仿真分析分为平衡负荷情况和不平衡负荷情况 TCR SVC 。 仿真 3. 1 平衡负荷仿真分析 在 TCR 设定负荷为三角形接法，通过仿真得出， 系统电流值 0. 04s 投入后，系统电流显著减少，无功功率调节到零，达到了 无功补偿的目的 补偿电纳值 和 的控制角都要经过一个周期多一点的过渡时间才能 达到稳定状态，系统的响应时间为半个周期 3. 2 不平衡负荷仿真分析 无功功率值 TCR 。 、 、 。 TCR、FC 再合上 B 及 负 荷 相，观察系统电流 0s 时 全 部 投 入， 0. 04s 系统无功功率 断 开 相， B 补偿电 、 、 0. 08s 纳 、TCR 控制角的变化过程 。 及负荷投入后，仍将经过一个周期多一点的 TCR、FC 时间，系统的电流有效值 无功功率值等达到稳定 、 。 当负荷不平衡时，由于有序电流的存在，三相补偿电 纳不再是同一个值，而是三个不同值进而 角也不再相同， 给系统带来的影响 应，在一个周期后，又将系统无功功率补偿到零 的三相控制 处于不平衡状态，以抵消负荷不平衡 当负荷恢复平衡时， 马上做出响 TCR TCR TCR 。 。 为了使系统的三相功率平衡，系统的无功并不是补偿 到零，而是达到一个容性无功功率值，即出现了无功倒送 4 结 语 。 C P. Steinmetz 文章根据瞬时无功理论和 平衡化原理并 结合负荷无功功率和电流的变化特点推导出系统补偿电纳 的计算方法 模块搭建了仿真模 型，并对平衡负荷和不平衡负荷的无功补偿状况进行了仿 真，仿真表明基于 平衡化原理的负荷补偿算 法对于负荷的无功补偿效果是显著有效的 C P. Steinmetz Simulink Matlab 利用 中的 。 。 SVC 结合了电力电子 计算机及模糊控制等众多领域， 涉及的面比较广，由于时间有限，对补偿装置的设计与调 试还有待进一步研究与完备 、 。 参考文献: ［ ］ 1 George J Wakileh． 机械工业出版社， 2003． ［ ］ 王晶，翁国庆，张有兵 2 ． 电力系统谐波 ［ ］ ． M 徐政，译 ． 北京: 电力系统的 MATLAB / SIMULINk 真与应用 ［ ］ ． M 面向不平衡负荷的 西安: 西安电子科技大学出版社， ］ 的研究与设计 ［ D ． SVC 2008． ［ ］ 王伟甲 3 ． 仿 长 沙: 中南大学， ［ ］ 董 礼 涛 4 ． SVC ， ［ ］ C ． 2008 24 ～ 28． 2008． 的 优 化 设 计 及 基 于 MATLAB 的 仿 真 研 究 ( 责任编辑 赵巧芝) 19 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net