基于TCR与TSC结构的SVC无功补偿电能质量治理仿真

资 源 简 介

本项目开发了一个高精度的SVC（Static Var Compensator）静态无功补偿器模型，其核心硬件架构由晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）共同组成。该程序旨在实现电网系统中的动态电压支撑与电能质量综合治理，适用于变电站日常运行、风力发电场电压波动抑制及光伏电站的无功平衡补偿。模型内部集成了多级PI控制器与逻辑筛选算法，能够根据系统电压偏差或无功空缺，实时计算并快速调整TCR的导通角以及TSC的投切状态。程序支持高度自定义的参数设置，包括电抗器感值、电容器组容值、变压器漏感以及

详 情 说 明

基于TCR+TSC结构的静态无功补偿器(SVC)系统电能质量治理仿真程序

项目介绍

本项目提供了一个完整的电力电子级SVC（Static Var Compensator，静态无功补偿器）系统仿真环境。该程序模拟了电力系统中常见的电压控制与无功补偿场景，通过结合晶闸管控制电抗器（TCR）的连续调节能力与晶闸管投切电容器（TSC）的分级投切能力，实现对电网母线电压的精确控制。模型重点展示了在感性负载突变工况下，SVC如何通过闭环控制算法快速响应，抑制电压降落，并维持电能质量平衡。

功能特性

• 双重硬件架构模拟：完整构建了TCR感性调节回路与多组TSC容性补偿回路，支持多级离散无功与基波无功的无级调整。
• 动态闭环控制系统：集成PI电压外环控制器，能够根据母线有效值偏差实时计算所需的无功功率补偿量。
• 负载突变工况验证：程序预设了0.3秒时刻的负载跳转逻辑，用于测试SVC在电网典型扰动下的动态响应速度与超调抑制能力。
• 时域级物理模拟：基于欧拉数值积分法求解电感电流增量，精确还原了开关器件在周期内的导通与关断动态。
• 全方位电能质量评估：自动执行FFT频谱分析，量化计算补偿后母线电压的总谐波畸变率（THD）及基波有效值。
• 多维度结果可视化：提供包括电压RMS曲线、无功分配逻辑、TCR触发角变换、以及触发脉冲相位关系在内的六项专业图表。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b及以上版本（无需额外工具箱，基于脚本和向量化控制实现）。
• 硬件性能：建议内存8GB以上，支持高采样频率（10kHz）下的动态仿真迭代。

实现逻辑说明

程序的执行流程严格遵循电力系统仿真的标准化步骤：

首先，程序进行系统参数初始化。定义了10kV母线额定电压及10000Hz的高精度采样频率，以此确保能够捕捉到晶闸管在微秒级别的触发脉冲细节。系统设定了基础负载与0.3秒时切入的增强负载，模拟电网中典型的电压跌落诱因。

其次，核心算法层实现了母线电压的实时监测。程序采用滑动窗口算法计算电压RMS值，并将其送入PI控制器。PI控制器的输出代表了维持目标电压所需的瞬时无功缺口。

在控制策略上，程序采用了“粗调+精调”的组合方案：

• TSC模块：作为级联能量单元，根据无功总需求决定投入运行的电容组数（N=3级），提供阶梯式的容性无功支撑。
• TCR模块：利用TCR吸收冗余的容性无功。通过计算触发角（Alpha从90度到180度变化），精细改变电抗器的等效导通时间，实现整体补偿量的无级平滑调整。

再次，电路模型层通过数值迭代模拟电流演化。程序计算了变压器漏感、电网等效阻抗以及负载端的交互影响。TCR电流根据触发角逻辑在各周期内进行分段积分，模拟了实际电力电子器件的换流过程。

最后，评估模块在系统进入稳定状态后（0.4s-0.5s），截取完整的电压周波进行傅里叶变换，从而评估由于晶闸管切片控制引入的谐波含量，确保仿真结果具有工程参考价值。

关键算法细节分析

• 触发角映射逻辑：程序内部实现了电纳（B）与触发角（Alpha）的非线性映射简化算法。根据PI输出的残余无功需求，动态计算TCR的导通面积，确保系统在全量程范围内具备线性调节特性。
• 滑动窗口RMS算法：为保证控制器的稳定性，程序采用了一个工频周期长度的缓存队列进行有效值计算，有效过滤了采样噪声并真实模拟了真实变送器的测量延迟。
• 脉冲同步技术：实现了一个基于参考相位的触发逻辑，能够将生成的Alpha角精确映射到电压的正负半波，体现了实际装置中同步跟踪的运行机理。
• 无功功率分摊策略：该逻辑优先调用TSC进行阶梯补偿，剩余的细微偏差由TCR通过高速移相脉冲补齐，在保证响应速度的同时，通过算法优化尽可能减少了TCR在高功率下的谐波产生。