一、鏈式SVG簡介

電力系統(tǒng)中的無功補償裝置發(fā)展到今天，從早期的電容器，同步調(diào)相機，到靜止無功補償裝置SVC, 以及現(xiàn)在的靜止無功發(fā)生器SVG。 SVG又稱為STATCOM, 是一種基于大功率逆變器的動態(tài)補償裝置，它以大功率三相電壓型逆變器為核心，其輸出電壓通過連接電抗器接入系統(tǒng)，與系統(tǒng)側(cè)電壓保持同頻，同相，通過調(diào)節(jié)輸出電壓與系統(tǒng)電壓的關(guān)系來確定輸出功率的性質(zhì)，當幅值小于系統(tǒng)側(cè)電壓幅值時輸出容性無功，大于時輸出感性無功。

而多電平技術(shù)作為實現(xiàn)在高壓大功率應(yīng)用下的代表性解決方案，也受到越來越多的關(guān)注。多電平技術(shù)具有功率容量大，開關(guān)頻率低，諧波少，響應(yīng)快等一系列的優(yōu)點。而其中鏈式H橋結(jié)構(gòu)在SVG設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

高壓鏈式SVG是將自換相的橋式電路通過電抗器直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流和諧波電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償、諧波消除以及穩(wěn)定交流母線電壓的目的。鏈式 SVG能夠省去笨重的變壓器，大大減少成本，并縮小裝置的體積。模塊化設(shè)計也容易實現(xiàn)冗余運行，可以極大地提高裝置運行的安全性和減少維修難度。

而鏈式SVG的H橋級聯(lián)逆變的調(diào)試策略的好壞，直接決定了輸出電壓電流中諧波含量的多少，同時直流側(cè)電容電壓的平衡控制，也是確保SVG安全有效運行的關(guān)鍵。所以建立有效的鏈式SVG 仿真驗證平臺是進行控制特性研究的有效手段。

二、鏈式SVG電路拓撲

鏈式SVG由基本功率單元直接串聯(lián)疊加而成，每一個單元模塊均為H橋型單相逆變器，其優(yōu)點是直流側(cè)相互獨立，不存在電容上的均壓問題，不需要鉗位二極管或者鉗位電容，容易實現(xiàn)模塊化，所以維護很方便。同時，鏈式H橋結(jié)構(gòu)控制方法簡單，每個功率單元可以獨立進行控制，要想獲得更多的電平，只要增多H橋的串聯(lián)個數(shù)即可，可以方便的提高輸出電壓等級和減少諧波含量。

三、EasyGo SVG系統(tǒng)實時仿真分享

EasyGo技術(shù)路線主要是基于FPGA進行開關(guān)精確建模的方式，在保證1us小步長仿真精度的前提下，盡量做到更多鏈式SVG單元模塊的串聯(lián)。如下圖Demo模型，為容量12MVA,10KV的鏈式SVG系統(tǒng)，交流電網(wǎng)側(cè)為10kv母線，SVG每相由8個H橋模塊級聯(lián)而成。每個H橋承壓1300V。主電路拓撲如下所示：

控制上外環(huán)控制電容電壓（Id_ref）以及無功功率(Iq_ref)，內(nèi)環(huán)采用電流控制實現(xiàn)電容均壓以及相間平衡。

計算出調(diào)制波設(shè)定值后，采用 載波移相來生成多路脈沖。（本文主要介紹鏈式SVG的主電路仿真，控制系統(tǒng)系統(tǒng)只采用通用簡單的控制策略，不作過多研究）。

為了考慮模型實時仿真的可行性。整個系統(tǒng)采用多個步長設(shè)置。整個電力電子電路系統(tǒng)的仿真步長為1e-6；而控制系統(tǒng)的控制周期設(shè)定為1e-4，也就是10Khz，載波頻率設(shè)置在2000Hz?？梢钥吹诫x線仿真結(jié)果能較好的跟隨電壓設(shè)定值以及無功設(shè)定值。

四、實時仿真的實現(xiàn)

我們將利用PXIBox來進行整個鏈式SVG的實時仿真。我們可以先將模型載入到DeskSim里面來快速分析模型的信息（DeskSim自帶模型分析功能），整個系統(tǒng)有135個關(guān)鍵元件，其中一共有96個開關(guān)器件，需要接收96路脈沖控制指令。整個系統(tǒng)的主電路部分通過模型的部署，我們將主電路部分放至在其中一塊FPGA上進行1.5us的實時仿真，CPU用來做控制算法運行，實時步長1e-4，另外一塊FPGA 用來做脈沖發(fā)生，這樣，我們利用PXIBox的多FPGA并行的獨特優(yōu)勢，一臺PXIBox即可完成HIL+RCP的半實物放著驗證，控制系統(tǒng)和電路仿真系統(tǒng)通過物理IO對接起來。架構(gòu)如下所示。

由于本demo系統(tǒng)中只使用了一塊FPGA HIL模塊，數(shù)字輸入通道的數(shù)量有限（可以通過擴展多塊HIL板卡來完成IO的擴展），而本算法中單個H橋的上下管直接采取的是取反操作。所以我們可以利用EasyGo FPGAcoder模塊，對單個DI 進行取反操作，這樣，我們只需要使用48路DI 即可完成控制指令的接收，在有限的硬件資源下完成超出硬件資源的系統(tǒng)仿真應(yīng)用。具體模型搭建如下所示：

利用PXIBox，我們完成了以上鏈式SVG的demo實時運行。具體驗證結(jié)果如下：

以上就是為大家分享的鏈式SVG系統(tǒng)的實時仿真應(yīng)用啦，歡迎感興趣的工程師們一起交流，仿真demo會在下期視頻里更新，需要的朋友可以關(guān)注哈。