3. SVG控制系统架构与HIL接口

SVG（Static Var Generator，静止无功发生器）的控制系统本质上是一个“外环定目标、内环快跟踪、PLL 定基准、PWM 出开关”的多回路级联结构。理解这套架构，是后续在 HIL（硬件在环）平台上做接口映射、闭环调试和故障复现的前提。本节先建立整体控制架构，再逐层拆解各回路的输入输出与参数关系，最后落到控制器与 HIL 之间的 IO 映射。

一、整体控制架构：三层回路 + 一条同步基准

SVG 主电路通常为电压型三相桥式变流器，经连接电抗器并入电网。控制系统按时间尺度可分为三层：最外层是无功功率控制环，负责根据调度指令或电压调节需求生成无功电流指令；中间层是电压外环，用于稳定直流母线电压（或并网点电压），输出有功电流指令；最内层是电流内环，在 dq 旋转坐标系下对 d、q 轴电流分别做 PI 调节，输出调制电压指令。所有坐标变换都依赖锁相环（PLL）提供的电网相位 θ，PWM 调制则把调制波转换为桥臂开关信号。

需要先明确坐标系约定：本文采用 dq 旋转坐标系，d 轴与电网电压矢量对齐，q 轴超前 d 轴 90°。在此约定下，q 轴电流对应无功分量，d 轴电流对应有功分量。这一约定在全文和图示中保持一致。

二、锁相环：全系统的相位基准

PLL 的作用是从电网三相电压中提取相位 θ 和角频率 ω。工程上常用基于同步旋转坐标系的 SRF-PLL：将三相电压经 Clarke/Park 变换到 dq 坐标系，控制 q 轴电压为零，PI 调节器输出角频率偏差，积分后得到 θ。示例参数可取 Kp=0.5、Ki=20（标幺值），在 50 Hz 电网下锁定时间约 20～40 ms。PLL 的相位精度直接决定 dq 变换的正确性，若 θ 存在稳态误差，会导致有功、无功电流解耦不彻底，无功输出出现偏差。在 HIL 测试中，常通过注入电网电压跌落、频率跳变、谐波等工况，观察 PLL 的锁定时间和相位超调。

三、电流内环：最快的跟踪层

电流内环在 dq 坐标系下对 Id、Iq 分别做 PI 控制，并加入解耦项和前馈项。以 q 轴为例，控制方程可写为：

Uq = Kp*(Iq_ref - Iq) + Ki*∫(Iq_ref - Iq)dt + ω*L*Id + Eq
Ud = Kp*(Id_ref - Id) + Ki*∫(Id_ref - Id)dt - ω*L*Iq + Ed

其中 ωL 为交叉解耦项，Eq、Ed 为电网电压前馈。示例参数：Kp=0.6、Ki=200，电流环带宽通常设计在开关频率的 1/10～1/5，即 1～2 kHz。内环响应时间约 1～2 ms。在 HIL 中，电流内环的调试重点是：给定 Iq_ref 阶跃，观察 Iq 的上升时间和超调量；若超调过大，可适当降低 Kp 或增加 Ki 的积分时间常数。

四、电压外环与无功功率控制环

电压外环以直流母线电压 Udc 为控制目标，输出有功电流指令 Id_ref。示例参数：Kp=1.2、Ki=80，带宽约 100～200 Hz，明显低于电流内环，形成时间尺度分离。无功功率控制环则根据 Q_ref 与实测 Q 的偏差，输出 Iq_ref。示例参数：Kp=0.8、Ki=50。若采用电压控制模式，也可由并网点电压偏差生成 Iq_ref。两个外环的输出共同构成电流内环的参考指令。

五、PWM 调制与 IO 映射

电流内环输出的 Ud、Uq 经 Park 反变换得到 αβ 分量，再送入 SVPWM 模块，与 10 kHz 三角载波比较，生成六路开关信号。死区时间设为 3 μs，防止上下桥臂直通。在 HIL 测试中，控制器与 HIL 仿真器之间的 IO 映射是核心配置项，典型映射关系如下表所示。

六、调试中的典型观察点

在 HIL 平台上调试 SVG 控制系统时，建议按以下顺序观察关键波形：第一，PLL 输出的 θ 与电网电压过零点的对齐情况；第二，Iq_ref 阶跃时 Iq 的跟踪响应；第三，Udc 在负载突变时的恢复时间；第四，Q 输出与 Q_ref 的稳态误差。若发现无功输出方向与预期相反，应首先检查 q 轴电流的正方向定义和 PLL 的相位极性，而不是直接调整 PI 参数。若电流内环出现高频振荡，优先检查解耦项符号和 PWM 死区补偿是否与主电路模型一致。

整体来看，SVG 控制系统是一个“PLL 定基准、外环定目标、内环快跟踪、PWM 出开关”的级联结构。在 HIL 测试中，IO 映射的准确性、各环参数的时间尺度分离以及坐标系约定的一致性，是保证闭环稳定和测试结果可信的三个关键点。