林順富+王凱+張銘

摘 要：配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器（D-STATCOM）是一種重要的電能質(zhì)量校正設(shè)備，控制系統(tǒng)是它的關(guān)鍵組成部分，直接影響了D-STATCOM的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。基于PSCAD搭建了改進(jìn)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流電壓外環(huán)，在簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的同時(shí)，保證了其補(bǔ)償性能。仿真結(jié)果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。

關(guān)鍵詞：靜止同步補(bǔ)償器；控制器；直接電流控制；PSCAD

中圖分類號(hào)：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0015-02

傳統(tǒng)D-STATCOM的控制方法為雙閉環(huán)控制方法。該控制方法下的D-STATCOM共有5個(gè)PI調(diào)節(jié)器，過多的PI調(diào)節(jié)器增大了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的難度。本文提出了一種改進(jìn)方法——雙環(huán)控制方法，它省去了交流電壓外環(huán)，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，保證了補(bǔ)償性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為兩種，即電壓源型和電流源型。在實(shí)際應(yīng)用中，從工作效率的角度考慮，目前較為常用的是電壓源型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。電壓源型D-STATCOM的主體部分是三相三橋臂橋式逆變電路。通過電抗器L與電網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)了與電網(wǎng)之間的能量交換，同時(shí)，電抗器L能夠?yàn)V除高次諧波。圖1中的直流側(cè)電容C用來(lái)支撐直流側(cè)電壓，以此作為橋式逆變電路的穩(wěn)定直流電壓源。當(dāng)STATCOM工作時(shí)，可以通過控制電路調(diào)節(jié)橋式電路輸出電壓的相位和幅值，從而保證PCC點(diǎn)電壓的穩(wěn)定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 電流檢測(cè)方法

由瞬時(shí)無(wú)功功率理論可知，將系統(tǒng)電流的成分分為三部分，即基波有功分量、基波無(wú)功分量和諧波分量。STATCOM裝置需要補(bǔ)償電流成分中的基波無(wú)功分量和諧波分量，因此，在檢測(cè)電流時(shí)，需要快速、有效地檢測(cè)、分離系統(tǒng)電流。

在眾多電流檢測(cè)方法中，本文選用了基于dq變換的電流檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)、補(bǔ)償電流信號(hào)。其中，dq變換矩陣公式為：

.（1）

在三相三線系統(tǒng)中，不考慮負(fù)序分量，此時(shí)，式（1）中的 和 為直流分流分量， 和 為交流分量，可通過選頻電路分離出所需要的電流成分量。

2.2 STATCOM控制方法

STATCOM的控制方法可分為兩種，即直接電流控制和間接電流控制。直流電流控制憑借響應(yīng)速度快和控制精度良好被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)省去了交流電壓外環(huán)控制部分，使用dq電流采集來(lái)獲取無(wú)功電流參考值。與傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制方法相同的是，其內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，主要用來(lái)跟蹤負(fù)載的有功電流和無(wú)功電流，而直流電壓外環(huán)的主要作用是保證直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性。系統(tǒng)電壓Usa，Usb，Usc的相位信息是通過鎖相環(huán)PLL獲取的。電壓外環(huán)通過比較直流側(cè)給定電壓量Udcref與直流側(cè)電容電壓反饋量Udc得到誤差信號(hào)，然后通過調(diào)節(jié)PI得到系統(tǒng)所需的有功電流補(bǔ)償量Icd*，再通過dq變換將三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的系統(tǒng)電流isa，isb，isc變換到二維靜止坐標(biāo)系下的isd，isq，并對(duì)其中的無(wú)功分量成分Isq進(jìn)行低通濾波，之后得到系統(tǒng)所需的無(wú)功電流補(bǔ)償量Icq*.在得到有功電流和無(wú)功電流補(bǔ)償量之后，將dq反變換，得到三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的補(bǔ)償電流信號(hào)icaf*，icbf*，iccf*.將其與檢測(cè)的反饋信號(hào)ica，icb，icc比較后調(diào)節(jié)PI，得到系統(tǒng)調(diào)制信號(hào)ica*，icb*，icc*，然后再與三角載波信號(hào)共同完成SPWM信號(hào)的調(diào)制工作，以得到系統(tǒng)所需要的開關(guān)信號(hào)。其中，dq反變換如式（2）所示：

.（2）

3 結(jié)論

本文利用仿真模型得出了PCC點(diǎn)的電壓、電流波形和有功、無(wú)功功率波形。從中可以看出，雙環(huán)控制方法改進(jìn)后，D-STATCOM補(bǔ)償效果良好。在仿真過程中，通過設(shè)定負(fù)載的接入和切除來(lái)模仿系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而D-STATCOM在暫態(tài)過程中，可以動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)中的負(fù)載變化，及時(shí)校正PCC點(diǎn)的功率因素，確保PCC點(diǎn)功率因素盡可能接近1. 在PSCAD的仿真環(huán)境下，暫態(tài)性能模擬清晰。該方法省略了1個(gè)PI調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的控制復(fù)雜度。

參考文獻(xiàn)

[1]郭銳，劉國(guó)海.靜止同步補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型及其無(wú)功電流控制研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陳柏超，等.利用配電網(wǎng)靜止無(wú)功補(bǔ)償器改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（19）：81-84.

作者簡(jiǎn)介：林順富（1983—），男，河南人，博士，副教授，主要從事電能質(zhì)量和用戶端技術(shù)方面的研究。

〔編輯：白潔〕

摘 要：配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器（D-STATCOM）是一種重要的電能質(zhì)量校正設(shè)備，控制系統(tǒng)是它的關(guān)鍵組成部分，直接影響了D-STATCOM的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。基于PSCAD搭建了改進(jìn)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流電壓外環(huán)，在簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的同時(shí)，保證了其補(bǔ)償性能。仿真結(jié)果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。

關(guān)鍵詞：靜止同步補(bǔ)償器；控制器；直接電流控制；PSCAD

中圖分類號(hào)：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0015-02

傳統(tǒng)D-STATCOM的控制方法為雙閉環(huán)控制方法。該控制方法下的D-STATCOM共有5個(gè)PI調(diào)節(jié)器，過多的PI調(diào)節(jié)器增大了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的難度。本文提出了一種改進(jìn)方法——雙環(huán)控制方法，它省去了交流電壓外環(huán)，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，保證了補(bǔ)償性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為兩種，即電壓源型和電流源型。在實(shí)際應(yīng)用中，從工作效率的角度考慮，目前較為常用的是電壓源型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。電壓源型D-STATCOM的主體部分是三相三橋臂橋式逆變電路。通過電抗器L與電網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)了與電網(wǎng)之間的能量交換，同時(shí)，電抗器L能夠?yàn)V除高次諧波。圖1中的直流側(cè)電容C用來(lái)支撐直流側(cè)電壓，以此作為橋式逆變電路的穩(wěn)定直流電壓源。當(dāng)STATCOM工作時(shí)，可以通過控制電路調(diào)節(jié)橋式電路輸出電壓的相位和幅值，從而保證PCC點(diǎn)電壓的穩(wěn)定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 電流檢測(cè)方法

由瞬時(shí)無(wú)功功率理論可知，將系統(tǒng)電流的成分分為三部分，即基波有功分量、基波無(wú)功分量和諧波分量。STATCOM裝置需要補(bǔ)償電流成分中的基波無(wú)功分量和諧波分量，因此，在檢測(cè)電流時(shí)，需要快速、有效地檢測(cè)、分離系統(tǒng)電流。

在眾多電流檢測(cè)方法中，本文選用了基于dq變換的電流檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)、補(bǔ)償電流信號(hào)。其中，dq變換矩陣公式為：

.（1）

在三相三線系統(tǒng)中，不考慮負(fù)序分量，此時(shí)，式（1）中的 和 為直流分流分量， 和 為交流分量，可通過選頻電路分離出所需要的電流成分量。

2.2 STATCOM控制方法

STATCOM的控制方法可分為兩種，即直接電流控制和間接電流控制。直流電流控制憑借響應(yīng)速度快和控制精度良好被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)省去了交流電壓外環(huán)控制部分，使用dq電流采集來(lái)獲取無(wú)功電流參考值。與傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制方法相同的是，其內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，主要用來(lái)跟蹤負(fù)載的有功電流和無(wú)功電流，而直流電壓外環(huán)的主要作用是保證直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性。系統(tǒng)電壓Usa，Usb，Usc的相位信息是通過鎖相環(huán)PLL獲取的。電壓外環(huán)通過比較直流側(cè)給定電壓量Udcref與直流側(cè)電容電壓反饋量Udc得到誤差信號(hào)，然后通過調(diào)節(jié)PI得到系統(tǒng)所需的有功電流補(bǔ)償量Icd*，再通過dq變換將三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的系統(tǒng)電流isa，isb，isc變換到二維靜止坐標(biāo)系下的isd，isq，并對(duì)其中的無(wú)功分量成分Isq進(jìn)行低通濾波，之后得到系統(tǒng)所需的無(wú)功電流補(bǔ)償量Icq*.在得到有功電流和無(wú)功電流補(bǔ)償量之后，將dq反變換，得到三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的補(bǔ)償電流信號(hào)icaf*，icbf*，iccf*.將其與檢測(cè)的反饋信號(hào)ica，icb，icc比較后調(diào)節(jié)PI，得到系統(tǒng)調(diào)制信號(hào)ica*，icb*，icc*，然后再與三角載波信號(hào)共同完成SPWM信號(hào)的調(diào)制工作，以得到系統(tǒng)所需要的開關(guān)信號(hào)。其中，dq反變換如式（2）所示：

.（2）

3 結(jié)論

本文利用仿真模型得出了PCC點(diǎn)的電壓、電流波形和有功、無(wú)功功率波形。從中可以看出，雙環(huán)控制方法改進(jìn)后，D-STATCOM補(bǔ)償效果良好。在仿真過程中，通過設(shè)定負(fù)載的接入和切除來(lái)模仿系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而D-STATCOM在暫態(tài)過程中，可以動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)中的負(fù)載變化，及時(shí)校正PCC點(diǎn)的功率因素，確保PCC點(diǎn)功率因素盡可能接近1. 在PSCAD的仿真環(huán)境下，暫態(tài)性能模擬清晰。該方法省略了1個(gè)PI調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的控制復(fù)雜度。

參考文獻(xiàn)

[1]郭銳，劉國(guó)海.靜止同步補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型及其無(wú)功電流控制研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陳柏超，等.利用配電網(wǎng)靜止無(wú)功補(bǔ)償器改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（19）：81-84.

作者簡(jiǎn)介：林順富（1983—），男，河南人，博士，副教授，主要從事電能質(zhì)量和用戶端技術(shù)方面的研究。

〔編輯：白潔〕

摘 要：配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器（D-STATCOM）是一種重要的電能質(zhì)量校正設(shè)備，控制系統(tǒng)是它的關(guān)鍵組成部分，直接影響了D-STATCOM的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果?；赑SCAD搭建了改進(jìn)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流電壓外環(huán)，在簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的同時(shí)，保證了其補(bǔ)償性能。仿真結(jié)果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。

關(guān)鍵詞：靜止同步補(bǔ)償器；控制器；直接電流控制；PSCAD

中圖分類號(hào)：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0015-02

傳統(tǒng)D-STATCOM的控制方法為雙閉環(huán)控制方法。該控制方法下的D-STATCOM共有5個(gè)PI調(diào)節(jié)器，過多的PI調(diào)節(jié)器增大了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的難度。本文提出了一種改進(jìn)方法——雙環(huán)控制方法，它省去了交流電壓外環(huán)，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，保證了補(bǔ)償性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為兩種，即電壓源型和電流源型。在實(shí)際應(yīng)用中，從工作效率的角度考慮，目前較為常用的是電壓源型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。電壓源型D-STATCOM的主體部分是三相三橋臂橋式逆變電路。通過電抗器L與電網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)了與電網(wǎng)之間的能量交換，同時(shí)，電抗器L能夠?yàn)V除高次諧波。圖1中的直流側(cè)電容C用來(lái)支撐直流側(cè)電壓，以此作為橋式逆變電路的穩(wěn)定直流電壓源。當(dāng)STATCOM工作時(shí)，可以通過控制電路調(diào)節(jié)橋式電路輸出電壓的相位和幅值，從而保證PCC點(diǎn)電壓的穩(wěn)定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 電流檢測(cè)方法

由瞬時(shí)無(wú)功功率理論可知，將系統(tǒng)電流的成分分為三部分，即基波有功分量、基波無(wú)功分量和諧波分量。STATCOM裝置需要補(bǔ)償電流成分中的基波無(wú)功分量和諧波分量，因此，在檢測(cè)電流時(shí)，需要快速、有效地檢測(cè)、分離系統(tǒng)電流。

在眾多電流檢測(cè)方法中，本文選用了基于dq變換的電流檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)、補(bǔ)償電流信號(hào)。其中，dq變換矩陣公式為：

.（1）

在三相三線系統(tǒng)中，不考慮負(fù)序分量，此時(shí)，式（1）中的 和 為直流分流分量， 和 為交流分量，可通過選頻電路分離出所需要的電流成分量。

2.2 STATCOM控制方法

STATCOM的控制方法可分為兩種，即直接電流控制和間接電流控制。直流電流控制憑借響應(yīng)速度快和控制精度良好被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)省去了交流電壓外環(huán)控制部分，使用dq電流采集來(lái)獲取無(wú)功電流參考值。與傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制方法相同的是，其內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，主要用來(lái)跟蹤負(fù)載的有功電流和無(wú)功電流，而直流電壓外環(huán)的主要作用是保證直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性。系統(tǒng)電壓Usa，Usb，Usc的相位信息是通過鎖相環(huán)PLL獲取的。電壓外環(huán)通過比較直流側(cè)給定電壓量Udcref與直流側(cè)電容電壓反饋量Udc得到誤差信號(hào)，然后通過調(diào)節(jié)PI得到系統(tǒng)所需的有功電流補(bǔ)償量Icd*，再通過dq變換將三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的系統(tǒng)電流isa，isb，isc變換到二維靜止坐標(biāo)系下的isd，isq，并對(duì)其中的無(wú)功分量成分Isq進(jìn)行低通濾波，之后得到系統(tǒng)所需的無(wú)功電流補(bǔ)償量Icq*.在得到有功電流和無(wú)功電流補(bǔ)償量之后，將dq反變換，得到三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的補(bǔ)償電流信號(hào)icaf*，icbf*，iccf*.將其與檢測(cè)的反饋信號(hào)ica，icb，icc比較后調(diào)節(jié)PI，得到系統(tǒng)調(diào)制信號(hào)ica*，icb*，icc*，然后再與三角載波信號(hào)共同完成SPWM信號(hào)的調(diào)制工作，以得到系統(tǒng)所需要的開關(guān)信號(hào)。其中，dq反變換如式（2）所示：

.（2）

3 結(jié)論

本文利用仿真模型得出了PCC點(diǎn)的電壓、電流波形和有功、無(wú)功功率波形。從中可以看出，雙環(huán)控制方法改進(jìn)后，D-STATCOM補(bǔ)償效果良好。在仿真過程中，通過設(shè)定負(fù)載的接入和切除來(lái)模仿系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而D-STATCOM在暫態(tài)過程中，可以動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)中的負(fù)載變化，及時(shí)校正PCC點(diǎn)的功率因素，確保PCC點(diǎn)功率因素盡可能接近1. 在PSCAD的仿真環(huán)境下，暫態(tài)性能模擬清晰。該方法省略了1個(gè)PI調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的控制復(fù)雜度。

參考文獻(xiàn)

[1]郭銳，劉國(guó)海.靜止同步補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型及其無(wú)功電流控制研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陳柏超，等.利用配電網(wǎng)靜止無(wú)功補(bǔ)償器改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（19）：81-84.

作者簡(jiǎn)介：林順富（1983—），男，河南人，博士，副教授，主要從事電能質(zhì)量和用戶端技術(shù)方面的研究。

〔編輯：白潔〕