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        三相四橋臂D-STATCOM控制算法研究

        2022-02-14 13:21:08徐文成黃元媛楊海華
        黑龍江科學(xué) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:四橋相電流功率因數(shù)

        徐文成,黃元媛,王 寶,楊海華

        (1.常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司,江蘇 常州 213025; 2.國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓建設(shè)分公司,江蘇 常州 213000; 3.南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司,南京 210000)

        靜止無(wú)功發(fā)生器目前主要有兩個(gè)發(fā)展方向,即高電壓、大容量STATCOM技術(shù)及用戶側(cè)低電壓、小容量配電網(wǎng)靜止無(wú)功發(fā)生器(D-STATCOM)技術(shù)。

        無(wú)源控制器作為非線性控制器相比于傳統(tǒng)線性控制器,很好地適配了D-STATCOM,具有控制響應(yīng)快、系統(tǒng)穩(wěn)定速度快、輸出波形好等優(yōu)點(diǎn)。

        1 三相四橋臂D-STATCOM的EL模型的建立

        1.1 三相四橋臂D-STATCOM的主電路

        主電路原理如圖1所示,通過(guò)使用相關(guān)的測(cè)量、控制和調(diào)制算法來(lái)控制主電路的運(yùn)行狀態(tài),使主電路輸出的電流ifx能夠?qū)崟r(shí)跟蹤參考反饋電流iLxh*,使配電網(wǎng)側(cè)畸變的電流變?yōu)槔硐氲恼也ㄇ译娋W(wǎng)功率因數(shù)接近于1,滿足供電公司對(duì)用戶側(cè)的功率因數(shù)要求,同時(shí)使配電網(wǎng)側(cè)中性線電流iln明顯減小。

        圖1 三相四橋臂D-STATCOM的主電路Fig.1 Main circuit of three-phase four-bridge D-STATCOM

        1.2 三相四橋臂D-STATCOM的數(shù)學(xué)模型

        將用戶側(cè)負(fù)載的三相瞬時(shí)電流檢測(cè)信號(hào)ila、ilb、ilc轉(zhuǎn)換成ild、ilq、il0,并將其送入無(wú)功電流檢測(cè)環(huán)節(jié)中,計(jì)算得到需要補(bǔ)償?shù)姆答侂娏?,同時(shí)將主電路輸出得到的三相電流ifa、ifb、ifc轉(zhuǎn)換成ifd、ifq、if0,得到主電路狀態(tài)空間方程如下:

        (1)

        其中:L0=4L,L為電感值;Gd、Gq、G0是主電路的輸出控制率;R0=4R,R是串聯(lián)電抗器等效出來(lái)的電阻值。

        圖2 電流環(huán)無(wú)源控制系統(tǒng)Fig.2 Passive current loop control system

        (2)

        使用阻尼注入設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PBC控制器,其中Z、M、J是可以反映主電路內(nèi)部特性的矩陣,列向量ε反映的是主電路與外部輸入能量交換關(guān)系的參數(shù)變量,各矩陣的內(nèi)部具體數(shù)值如下:

        M=diag{4L,4L,4L,C}

        Z=diag{4R,4R,4R,0}

        ε=[esdesqes00]

        2 D-STATCOM情感智能控制器的設(shè)計(jì)

        圖3是一種簡(jiǎn)化的情感控制器的原理框圖,控制器類似于PI控制結(jié)構(gòu)??刂破鞯膬?nèi)部參數(shù)能夠根據(jù)被控對(duì)象的調(diào)整而實(shí)時(shí)變化,這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了控制系統(tǒng)抗干擾性能。簡(jiǎn)化的情感控制器可以使REWd-Ad=max(SId1,SId2)獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)REWd隱藏到控制器中,將上面一個(gè)公式帶入到控制器中,推導(dǎo)得出杏仁體的調(diào)節(jié)率值為

        Δvdi=αd·SIdi·max(0,SId1,SId2)

        Δvdm=αd·SIdm·max(0,SId1,SId2)

        式中i=1,2。

        (3)

        圖3 簡(jiǎn)化的情感智能控制器框圖Fig.3 Simplified block diagram of emotional intelligence controller

        3 仿真試驗(yàn)研究

        如圖4所示,補(bǔ)償后的電流實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)側(cè)較理想的正弦波且三相電流不平衡電流得到平衡化,中型線電流得到減小,由此可見,所提出的控制算法能有效解決配電網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量問(wèn)題,從仿真結(jié)果分析可知,系統(tǒng)在0.15 s時(shí)開始穩(wěn)定。

        圖4 三相電流補(bǔ)償前后的對(duì)比圖Fig.4 Comparison diagram before and after three-phase current compensation

        由圖5可見,D-STATCOM能很好地實(shí)現(xiàn)三相四線制供電系統(tǒng)的功率因數(shù)校正,使其近似于1,滿足供電公司對(duì)配電網(wǎng)用戶側(cè)功率因數(shù)的要求。

        為分析D-STATCOM對(duì)配電網(wǎng)側(cè)的電流諧波是否具有良好的抑制作用,如圖6所所示,對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償前后的三相電流數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分析,得出補(bǔ)償前后三相電流THD值。D-STATCOM投入前,A、B、C三相THD值分別為10.94%、16.4%、26.23%。D-STATCOM投入后,結(jié)果分別為1.85%、1.89%、1.88%,由此可知,補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流較正弦化較為理想,說(shuō)明三相四橋臂D-STATCOM實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)側(cè)三相電流諧波很好的抑制。

        圖5 補(bǔ)償后三相電壓與電流Fig.5 Three-phase voltage and current after compensation

        4 結(jié)語(yǔ)

        基于情感智能控制及無(wú)源控制理論的電壓電流雙閉環(huán)控制,算法簡(jiǎn)潔,易于理解,參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單,便于軟件編程實(shí)現(xiàn),相較于傳統(tǒng)PI控制器,性能上具有一定的優(yōu)越性,成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相四橋臂D-STATCOM拓?fù)潆娐返目焖俜€(wěn)定控制。

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