基于SVG的电力系统无功补偿与谐波抑制仿真项目

资 源 简 介

本仿真项目旨在MATLAB/Simulink环境下构建完整的静止无功发生器（SVG）系统模型，用于解决配电网中由非线性负载引起的功率因数偏低及谐波污染问题。系统核心通过高频脉宽调制技术控制电压源型逆变器，实时产生与系统侧无功和畸变电流大小相等、方向相反的补偿电流，从而抵消负载侧的负面影响。 项目实现了基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法，能够精准提取负载电流中的基波无功分波与各次谐波成分。在控制策略上，采用了先进的双闭环控制架构：电压外环负责维持直流侧电容电压的恒定，确保SVG具有足够的能量缓冲；电流内环则

详 情 说 明

基于SVG的电力系统无功补偿与谐波抑制及电能质量优化仿真项目

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的静止无功发生器（SVG）控制系统仿真程序。该项目通过在算法层面模拟SVG的工作流程，实现了对配电网中非线性负载产生的无功功率及其特征谐波（5次、7次）的实时补偿。系统采用瞬时无功功率理论进行信号检测，并结合双闭环控制策略（直流侧电压外环与电流内环）来维持系统稳定性并优化电网侧电流质量。

功能特性

1. 瞬时无功与谐波检测：基于p-q理论，将负载电流映射至静止坐标系，精准提取待补偿的无功分量。
2. 非线性负载模拟：构建了包含基波、5次及7次谐波的复合负载模型，并支持在仿真过程中进行负载突变模拟，以验证系统的动态响应。
3. 双闭环控制架构：

* 电压外环：利用PI调节器维持DC侧电容器电压稳定，确保逆变电能的持续供给。 * 电流内环：在dq旋转坐标系下执行有功与无功电流的解耦控制，引入前馈补偿以提升跟踪精度。

1. 电能质量大幅度改善：显著降低电网侧电流的总谐波畸变率（THD），并将系统功率因数（PF）提升至趋近于1。
2. 动态响应验证：通过设置负载阶跃，观察系统在0.2s时刻负载增大后的自适应调节能力。
3. 可视化频谱分析：内置FFT分析模块，通过柱状图直观展示补偿前后的各次谐波幅值对比。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 计算资源：无需特殊硬件加速，标准的计算机即可运行。
• 所需工具箱：基础MATLAB环境（代码不依赖Simulink图形化库，完全通过脚本逻辑驱动）。

算法与实现逻辑逻辑

1. 系统参数初始化

程序首先定义了采样频率（20kHz）、电网额定参数（220V/50Hz）以及SVG硬件参数（直流侧电容、LCL滤波器电感等）。

2. 坐标转换与信号提取

• Clark变换：将三相静止坐标系（abc）下的电压和电流转换为两相静止坐标系（alpha-beta）。
• 瞬时功率计算：根据瞬时无功功率理论，计算系统瞬时有功p和无功q，为后续指令生成提供依据。
• Park变换：将交流量投影到同步旋转坐标系（dq），使正弦控制量变为直流控制量，便于PI调节器实现无静差跟踪。

3. 控制策略实现

• 直流电压调节：比较指令电压与实际电压，经过PI控制输出d轴参考电流，用于补充逆变器的能量损耗。
• 电流解耦控制：在dq轴内环中引入 $omega L$ 项进行前馈解耦，消除d、q轴由于电感耦合产生的互相干扰，确保无功调节的独立性。

4. 物理系统数值仿真

• 逆变器建模：采用电压源型逆变器的平均平均模型，将控制信号映射回abc三相空间。
• 状态方程求解：利用欧拉法（Euler Method）迭代计算电感电流的一阶微分方程和直流侧电容的功率平衡方程。
• 闭环反馈：每一采样周期更新一次SVG输出电流与负载电流的叠加效果。

5. 数据处理与性能评估

• 实时PF计算：通过捕捉电压与电流波形的相位差，动态计算功率因数变化曲线。
• FFT谐波分析：在仿真稳态区间截取波形，计算补偿后电网侧电流的THD。

使用方法

1. 打开MATLAB软件。
2. 将工作目录定位至包含该脚本的文件夹。
3. 在命令行窗口键入主函数名并回车，或直接点击编辑器中的“运行”按钮。
4. 运行结束后，系统将自动弹出包含六张子图的仿真结果分析窗口：

* 电网侧与负载侧电流对比波形图。 * 直流侧电压随时间变化的波动曲线。 * 系统功率因数追踪轨迹。 * 补偿前后的谐波频率分布对比图。 * SVG实际输出电流对补偿指令的跟踪效果。 * 补偿后的三相平衡电网电流波形。

技术细节说明

• LCL滤波器建模：虽然脚本定义了LCL参数，但在欧拉法求解简化中主要考虑了L1与L2的合成电感效应，这有助于在保持计算效率的同时体现滤波器的动态特性。
• 电压更新机制：直流电压的升降是基于交流侧吸收/发出的功率(P_ac)与电容储能变化之间的能量守恒原理实现的。
• 解耦项应用：控制律中包含 $u_d = ... - omega L i_q + v_d$ 及 $u_q = ... + omega L i_d + v_q$，这是实现快速动态相应的关键点。