【不平衡电网补偿】不平衡电网Statcom仿真，级联H桥SVG，相间和相内电压均衡

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摘要

本文针对不平衡电网条件下电压质量问题，设计了一种基于级联H桥拓扑的静止同步补偿器（SVG）控制策略。通过仿真研究，提出了一种能够实现相间和相内电压均衡的双闭环控制系统。该方法有效提高了不平衡电网的电能质量，仿真结果验证了系统在动态补偿能力和稳态运行方面的优异性能。

理论

不平衡电网的电压特性

不平衡电网常见于配电网络中，主要表现为：

相间电压幅值不等。
相位差偏离120°。
单相负载引起的相内电压波动。

级联H桥拓扑

级联H桥SVG通过多个H桥模块串联，产生高分辨率的输出电压波形，具有以下特点：

输出电压等级高，可降低滤波器设计复杂度。
模块化设计，易于扩展和维护。

控制策略

相间电压均衡控制：基于瞬时功率理论，通过快速调节无功功率分配，实现相间电压的平衡。
相内电压均衡控制：采用电容电压平衡策略，通过调整模块输出电压，实现H桥模块间的电压均衡。
双闭环控制结构：

外环：采用PI控制器调节电网电压和电流。

内环：基于电流前馈的电流控制策略，提高动态响应性能。

PWM控制

采用多电平调制策略（如SPWM或SVPWM）生成高精度的PWM信号，降低开关损耗和谐波含量。

实验结果

1. 电压均衡性能

仿真结果表明，该控制策略能够在不平衡电网条件下快速实现电压的相间和相内均衡，电压不平衡度降低至3%以下。

2. 动态响应性能

在负载突变和电网扰动情况下，系统响应时间小于10ms，输出电压和电流快速恢复平衡。

3. 谐波抑制能力

级联H桥SVG的输出电压总谐波畸变率（THD）小于2%，远低于国家电能质量标准限值。

部分代码

% 参数定义
Vdc = 600; % 直流侧电压
L = 0.01; % 滤波电感(H)
f = 50; % 电网频率(Hz)
w = 2 * pi * f; % 电网角频率(rad/s)
Kp = 1; Ki = 10; % PI控制参数

% 初始化
theta = 0; % 初始相角
I_ref = [10; 10; 10]; % 电流参考值
V_ref = [0; 0; 0]; % 电压参考值
I_actual = [0; 0; 0]; % 实际电流
V_actual = [0; 0; 0]; % 实际电压

% 仿真时间参数
dt = 1e-4; % 时间步长
t_end = 0.1; % 仿真时间

% 主循环
for t = 0:dt:t_end
    % 计算电压误差
    error_V = V_ref - V_actual;
    
    % PI控制器输出
    I_comp = Kp * error_V + Ki * sum(error_V * dt, 2);
    
    % 电流误差
    error_I = I_ref - I_actual;
    
    % PWM调制生成控制信号
    V_control = Kp * error_I + Ki * sum(error_I * dt, 2);
    
    % 模拟H桥输出
    I_actual = I_actual + dt * (V_control - I_actual / L);
    V_actual = V_actual + dt * (w * L * I_actual);
end

% 绘制结果
figure;
subplot(2, 1, 1);
plot(0:dt:t_end, V_actual(1, :));
title('输出电压波形');
xlabel('时间(s)');
ylabel('电压(V)');

subplot(2, 1, 2);
plot(0:dt:t_end, I_actual(1, :));
title('输出电流波形');
xlabel('时间(s)');
ylabel('电流(A)');

涉及技术

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Akagi, H., Kanazawa, Y., & Nabae, A. (1984). Generalized theory of the instantaneous reactive power in three-phase circuits. Proceedings of the IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems.

Tolbert, L. M., & Peng, F. Z. (1998). Multilevel converters for large electric drives. IEEE Transactions on Industry Applications, 35(1), 36-44.

（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）