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💥第一部分——内容介绍
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不平衡电网下的级联H桥SVG无功补偿STATCOM三层控制策略研究
摘要：针对不平衡电网环境下的无功补偿需求，本文提出基于级联H桥结构的SVG（STATCOM）三层控制策略。通过电压电流双闭环PI控制实现正负序分量分离与直流侧电压稳定，采用零序电压注入法解决相间电压失衡问题，并设计相内子模块功率均衡控制算法。仿真结果表明，该策略在三相电压不平衡度达8%的工况下，可将功率因数提升至0.95以上，相间电压不平衡度降至2%以内，验证了控制策略的有效性。
一、引言
随着新能源并网规模扩大，电网不平衡问题日益突出。传统无功补偿装置（如SVC）在动态响应速度和补偿精度上存在局限，而级联H桥结构的SVG（STATCOM）凭借其模块化设计、高功率密度和快速动态调节能力，成为解决不平衡电网无功补偿的关键技术。本文针对级联H桥SVG在三相电压不平衡工况下的控制难题，提出三层控制策略，并通过MATLAB/Simulink仿真验证其性能。
二、级联H桥SVG数学模型与控制架构
2.1 主电路拓扑结构
级联H桥SVG采用三相Y型连接，每相由N个H桥模块串联组成，直流侧通过电容支撑电压，交流侧经电抗器并网。其等效电路可表示为：
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2.2 三层控制架构
- 第一层：电压电流双闭环控制
- 正负序分离：采用对称分量法将电压电流分解为正序、负序分量，通过二阶广义积分器（SOGI）实现动态跟踪。
- 电压外环控制：以三相H桥模块直流侧平均电压为反馈量，通过PI控制器生成基波正序有功电流参考值id∗，维持直流侧电压恒定。
- 电流内环控制：采用前馈解耦控制，消除d-q轴电流耦合，通过PI控制器生成PWM调制信号，实现电流快速跟踪。
- 第二层：相间电压均衡控制
当三相电压不平衡时，通过注入零序电压u0调整各相输出电压，使相间电压平衡。零序电压计算式为：
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- 第三层：相内电压均衡控制
通过实时监测各子模块直流侧电压udc,k，计算其与平均值udc,avg的偏差，采用准分布式控制算法调整子模块开关占空比，使各子模块吸收的有功功率与其损耗匹配，实现直流侧电压均衡。
三、仿真模型搭建与参数设计
3.1 仿真模型结构
基于MATLAB/Simulink搭建级联H桥SVG仿真模型，主要模块包括：
- 电网模块：模拟三相不平衡电压源，设置不平衡度为8%。
- SVG主电路：每相由12个H桥模块串联，直流侧电容为10mF，交流侧电抗为2mH。
- 控制模块：实现三层控制策略，包括正负序分离、双闭环PI控制、零序电压注入和相内电压均衡。
- 负载模块：采用阻感性负载模拟非线性负荷。
3.2 控制参数设计
- 电压外环PI参数：Kp=0.5，Ki=0.1，带宽设为10Hz。
- 电流内环PI参数：Kp=0.8，Ki=0.2，带宽设为100Hz。
- 相间均衡控制参数：Kp=0.2，Ki=0.03。
- 相内均衡控制参数：采用载波移相调制，载波频率为1kHz。
四、仿真结果与分析
4.1 动态响应特性
在t=0.1s时投入SVG补偿，仿真结果显示：
- 直流侧电压：三相平均电压稳定在750V，波动范围小于±1%。
- 补偿电流：电流跟踪误差小于2%，动态响应时间小于5ms。
- 功率因数：从0.7提升至0.95以上，满足电网要求。
4.2 不平衡工况性能
在三相电压不平衡度为8%的工况下：
- 相间电压均衡：注入零序电压后，相间电压不平衡度从8%降至2%以内。
- 子模块电压均衡：各子模块直流侧电压偏差小于0.5%，验证了相内均衡控制的有效性。
4.3 谐波抑制效果
SVG输出电流总谐波失真（THD）小于3%，满足IEEE 519标准要求。
五、结论
本文提出的级联H桥SVG三层控制策略，通过电压电流双闭环控制实现直流侧电压稳定，采用零序电压注入法解决相间电压失衡问题，并通过相内子模块功率均衡控制保证直流侧电压均衡。仿真结果表明，该策略在三相电压不平衡工况下具有优异的动态响应性能和谐波抑制能力，可为新能源并网场景下的无功补偿提供理论支持和技术参考。
📚第二部分——运行结果
新能源专题（五）不平衡电网下的svg无功补偿+级联H桥svg无功补偿statcom+三层控制策略（仿真模型+参考文献）
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