链式SVG系统的实时仿真应用及demo分享

一、链式SVG简介

电力系统中的无功补偿装置发展到今天，从早期的电容器，同步调相机，到静止无功补偿装置SVC,  以及现在的静止无功发生器SVG。 SVG又称为STATCOM, 是一种基于大功率逆变器的动态补偿装置，它以大功率三相电压型逆变器为核心，其输出电压通过连接电抗器接入系统，与系统侧电压保持同频，同相，通过调节输出电压与系统电压的关系来确定输出功率的性质，当幅值小于系统侧电压幅值时输出容性无功，大于时输出感性无功。

无功补偿装置SVC的发展

而多电平技术作为实现在高压大功率应用下的代表性解决方案，也受到越来越多的关注。多电平技术具有功率容量大，开关频率低，谐波少，响应快等一系列的优点。而其中链式H桥结构在SVG设备中得到广泛应用。

高压链式SVG是将自换相的桥式威廉希尔官方网站 通过电抗器直接并联在电网上，适当的调节桥式威廉希尔官方网站 交流侧输出电压的相位和幅值控制其交流侧电流，使该威廉希尔官方网站 吸收或发出满足要求的无功电流和谐波电流，从而实现动态无功补偿、谐波消除以及稳定交流母线电压的目的。链式 SVG能够省去笨重的变压器，大大减少成本，并缩小装置的体积。模块化设计也容易实现冗余运行，可以极大地提高装置运行的安全性和减少维修难度。

而链式SVG的H桥级联逆变的调试策略的好坏，直接决定了输出电压电流中谐波含量的多少，同时直流侧电容电压的平衡控制，也是确保SVG安全有效运行的关键。所以建立有效的链式SVG 仿真验证平台是进行控制特性研究的有效手段。

二、链式SVG威廉希尔官方网站 拓扑

链式SVG由基本功率单元直接串联叠加而成，每一个单元模块均为H桥型单相逆变器，其优点是直流侧相互独立，不存在电容上的均压问题，不需要钳位二极管或者钳位电容，容易实现模块化，所以维护很方便。同时，链式H桥结构控制方法简单，每个功率单元可以独立进行控制，要想获得更多的电平，只要增多H桥的串联个数即可，可以方便的提高输出电压等级和减少谐波含量。

链式SVG威廉希尔官方网站 拓扑

三、EasyGo SVG系统实时仿真分享

EasyGo技术路线主要是基于FPGA进行开关精确建模的方式，在保证1us小步长仿真精度的前提下，尽量做到更多链式SVG单元模块的串联。如下图Demo模型，为容量12MVA,10KV的链式SVG系统，交流电网侧为10kv母线，SVG每相由8个H桥模块级联而成。每个H桥承压1300V。主威廉希尔官方网站 拓扑如下所示：

链式SVG demo程序

控制上外环控制电容电压（Id_ref）以及无功功率(Iq_ref)，内环采用电流控制实现电容均压以及相间平衡。

外环控制框图内环控制框图： a）电容电压平衡控制  b）相间平衡控制

计算出调制波设定值后，采用 载波移相来生成多路脉冲。（本文主要介绍链式SVG的主威廉希尔官方网站 仿真，控制系统系统只采用通用简单的控制策略，不作过多研究）。

脉冲发生程序

为了考虑模型实时仿真的可行性。整个系统采用多个步长设置。整个电力电子威廉希尔官方网站 系统的仿真步长为1e-6；而控制系统的控制周期设定为1e-4，也就是10Khz，载波频率设置在2000Hz。可以看到离线仿真结果能较好的跟随电压设定值以及无功设定值。

离线仿真结果

四、实时仿真的实现

我们将利用PXIBox来进行整个链式SVG的实时仿真。我们可以先将模型载入到DeskSim里面来快速分析模型的信息（DeskSim自带模型分析功能），整个系统有135个关键元件，其中一共有96个开关器件，需要接收96路脉冲控制指令。整个系统的主威廉希尔官方网站 部分通过模型的部署，我们将主威廉希尔官方网站 部分放至在其中一块FPGA上进行1.5us的实时仿真，CPU用来做控制算法运行，实时步长1e-4，另外一块FPGA 用来做脉冲发生，这样，我们利用PXIBox的多FPGA并行的独特优势，一台PXIBox即可完成HIL+RCP的半实物放着验证，控制系统和威廉希尔官方网站 仿真系统通过物理IO对接起来。架构如下所示。

由于本demo系统中只使用了一块FPGA HIL模块，数字输入通道的数量有限（可以通过扩展多块HIL板卡来完成IO的扩展），而本算法中单个H桥的上下管直接采取的是取反操作。所以我们可以利用EasyGo FPGAcoder模块，对单个DI 进行取反操作，这样，我们只需要使用48路DI 即可完成控制指令的接收，在有限的硬件资源下完成超出硬件资源的系统仿真应用。具体模型搭建如下所示：

    利用PXIBox，我们完成了以上链式SVG的demo实时运行。具体验证结果如下：   

 

以上就是为大家分享的链式SVG系统的实时仿真应用啦，欢迎感兴趣的工程师们一起交流，仿真demo会在下期视频里更新，需要的朋友可以关注哈。