基于直接電流控制D—STATCOM的PSCAD模型搭建

林順富+王凱+張銘

摘 要：配電網靜止同步補償器（D-STATCOM）是一種重要的電能質量校正設備，控制系統是它的關鍵組成部分，直接影響了D-STATCOM的動態補償效果。基于PSCAD搭建了改進雙閉環控制系統下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流電壓外環，在簡化了控制系統的同時，保證了其補償性能。仿真結果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的動態補償效果。

關鍵詞：靜止同步補償器；控制器；直接電流控制；PSCAD

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0015-02

傳統D-STATCOM的控制方法為雙閉環控制方法。該控制方法下的D-STATCOM共有5個PI調節器，過多的PI調節器增大了系統調節的難度。本文提出了一種改進方法——雙環控制方法，它省去了交流電壓外環，簡化了控制系統，保證了補償性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓撲結構主要分為兩種，即電壓源型和電流源型。在實際應用中，從工作效率的角度考慮，目前較為常用的是電壓源型拓撲結構，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與電網相連接，實現了與電網之間的能量交換，同時，電抗器L能夠濾除高次諧波。圖1中的直流側電容C用來支撐直流側電壓，以此作為橋式逆變電路的穩定直流電壓源。當STATCOM工作時，可以通過控制電路調節橋式電路輸出電壓的相位和幅值，從而保證PCC點電壓的穩定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 電流檢測方法

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

在眾多電流檢測方法中，本文選用了基于dq變換的電流檢測法來檢測、補償電流信號。其中，dq變換矩陣公式為：

.（1）

在三相三線系統中，不考慮負序分量，此時，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速度快和控制精度良好被廣泛應用。與傳統雙閉環控制系統相比，該系統省去了交流電壓外環控制部分，使用dq電流采集來獲取無功電流參考值。與傳統雙閉環控制方法相同的是，其內環為電流環，主要用來跟蹤負載的有功電流和無功電流，而直流電壓外環的主要作用是保證直流側電壓的穩定性。系統電壓Usa，Usb，Usc的相位信息是通過鎖相環PLL獲取的。電壓外環通過比較直流側給定電壓量Udcref與直流側電容電壓反饋量Udc得到誤差信號，然后通過調節PI得到系統所需的有功電流補償量Icd*，再通過dq變換將三維旋轉坐標系下的系統電流isa，isb，isc變換到二維靜止坐標系下的isd，isq，并對其中的無功分量成分Isq進行低通濾波，之后得到系統所需的無功電流補償量Icq*.在得到有功電流和無功電流補償量之后，將dq反變換，得到三維旋轉坐標系下的補償電流信號icaf*，icbf*，iccf*.將其與檢測的反饋信號ica，icb，icc比較后調節PI，得到系統調制信號ica*，icb*，icc*，然后再與三角載波信號共同完成SPWM信號的調制工作，以得到系統所需要的開關信號。其中，dq反變換如式（2）所示：

.（2）

3 結論

本文利用仿真模型得出了PCC點的電壓、電流波形和有功、無功功率波形。從中可以看出，雙環控制方法改進后，D-STATCOM補償效果良好。在仿真過程中，通過設定負載的接入和切除來模仿系統的動態響應性能，而D-STATCOM在暫態過程中，可以動態響應系統中的負載變化，及時校正PCC點的功率因素，確保PCC點功率因素盡可能接近1. 在PSCAD的仿真環境下，暫態性能模擬清晰。該方法省略了1個PI調節器，簡化了整個系統的控制復雜度。

參考文獻

[1]郭銳，劉國海.靜止同步補償器數學模型及其無功電流控制研究[J].電力自動化設備，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陳柏超，等.利用配電網靜止無功補償器改善電網電能質量的方法[J].電網技術，2004，28（19）：81-84.

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

〔編輯：白潔〕

摘 要：配電網靜止同步補償器（D-STATCOM）是一種重要的電能質量校正設備，控制系統是它的關鍵組成部分，直接影響了D-STATCOM的動態補償效果?；赑SCAD搭建了改進雙閉環控制系統下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流電壓外環，在簡化了控制系統的同時，保證了其補償性能。仿真結果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的動態補償效果。

關鍵詞：靜止同步補償器；控制器；直接電流控制；PSCAD

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0015-02

傳統D-STATCOM的控制方法為雙閉環控制方法。該控制方法下的D-STATCOM共有5個PI調節器，過多的PI調節器增大了系統調節的難度。本文提出了一種改進方法——雙環控制方法，它省去了交流電壓外環，簡化了控制系統，保證了補償性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓撲結構主要分為兩種，即電壓源型和電流源型。在實際應用中，從工作效率的角度考慮，目前較為常用的是電壓源型拓撲結構，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與電網相連接，實現了與電網之間的能量交換，同時，電抗器L能夠濾除高次諧波。圖1中的直流側電容C用來支撐直流側電壓，以此作為橋式逆變電路的穩定直流電壓源。當STATCOM工作時，可以通過控制電路調節橋式電路輸出電壓的相位和幅值，從而保證PCC點電壓的穩定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 電流檢測方法

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

在眾多電流檢測方法中，本文選用了基于dq變換的電流檢測法來檢測、補償電流信號。其中，dq變換矩陣公式為：

.（1）

在三相三線系統中，不考慮負序分量，此時，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速度快和控制精度良好被廣泛應用。與傳統雙閉環控制系統相比，該系統省去了交流電壓外環控制部分，使用dq電流采集來獲取無功電流參考值。與傳統雙閉環控制方法相同的是，其內環為電流環，主要用來跟蹤負載的有功電流和無功電流，而直流電壓外環的主要作用是保證直流側電壓的穩定性。系統電壓Usa，Usb，Usc的相位信息是通過鎖相環PLL獲取的。電壓外環通過比較直流側給定電壓量Udcref與直流側電容電壓反饋量Udc得到誤差信號，然后通過調節PI得到系統所需的有功電流補償量Icd*，再通過dq變換將三維旋轉坐標系下的系統電流isa，isb，isc變換到二維靜止坐標系下的isd，isq，并對其中的無功分量成分Isq進行低通濾波，之后得到系統所需的無功電流補償量Icq*.在得到有功電流和無功電流補償量之后，將dq反變換，得到三維旋轉坐標系下的補償電流信號icaf*，icbf*，iccf*.將其與檢測的反饋信號ica，icb，icc比較后調節PI，得到系統調制信號ica*，icb*，icc*，然后再與三角載波信號共同完成SPWM信號的調制工作，以得到系統所需要的開關信號。其中，dq反變換如式（2）所示：

.（2）

3 結論

本文利用仿真模型得出了PCC點的電壓、電流波形和有功、無功功率波形。從中可以看出，雙環控制方法改進后，D-STATCOM補償效果良好。在仿真過程中，通過設定負載的接入和切除來模仿系統的動態響應性能，而D-STATCOM在暫態過程中，可以動態響應系統中的負載變化，及時校正PCC點的功率因素，確保PCC點功率因素盡可能接近1. 在PSCAD的仿真環境下，暫態性能模擬清晰。該方法省略了1個PI調節器，簡化了整個系統的控制復雜度。

參考文獻

[1]郭銳，劉國海.靜止同步補償器數學模型及其無功電流控制研究[J].電力自動化設備，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陳柏超，等.利用配電網靜止無功補償器改善電網電能質量的方法[J].電網技術，2004，28（19）：81-84.

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

〔編輯：白潔〕

摘 要：配電網靜止同步補償器（D-STATCOM）是一種重要的電能質量校正設備，控制系統是它的關鍵組成部分，直接影響了D-STATCOM的動態補償效果?；赑SCAD搭建了改進雙閉環控制系統下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流電壓外環，在簡化了控制系統的同時，保證了其補償性能。仿真結果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的動態補償效果。

關鍵詞：靜止同步補償器；控制器；直接電流控制；PSCAD

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0015-02

傳統D-STATCOM的控制方法為雙閉環控制方法。該控制方法下的D-STATCOM共有5個PI調節器，過多的PI調節器增大了系統調節的難度。本文提出了一種改進方法——雙環控制方法，它省去了交流電壓外環，簡化了控制系統，保證了補償性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓撲結構主要分為兩種，即電壓源型和電流源型。在實際應用中，從工作效率的角度考慮，目前較為常用的是電壓源型拓撲結構，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與電網相連接，實現了與電網之間的能量交換，同時，電抗器L能夠濾除高次諧波。圖1中的直流側電容C用來支撐直流側電壓，以此作為橋式逆變電路的穩定直流電壓源。當STATCOM工作時，可以通過控制電路調節橋式電路輸出電壓的相位和幅值，從而保證PCC點電壓的穩定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 電流檢測方法

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

在眾多電流檢測方法中，本文選用了基于dq變換的電流檢測法來檢測、補償電流信號。其中，dq變換矩陣公式為：

.（1）

在三相三線系統中，不考慮負序分量，此時，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速度快和控制精度良好被廣泛應用。與傳統雙閉環控制系統相比，該系統省去了交流電壓外環控制部分，使用dq電流采集來獲取無功電流參考值。與傳統雙閉環控制方法相同的是，其內環為電流環，主要用來跟蹤負載的有功電流和無功電流，而直流電壓外環的主要作用是保證直流側電壓的穩定性。系統電壓Usa，Usb，Usc的相位信息是通過鎖相環PLL獲取的。電壓外環通過比較直流側給定電壓量Udcref與直流側電容電壓反饋量Udc得到誤差信號，然后通過調節PI得到系統所需的有功電流補償量Icd*，再通過dq變換將三維旋轉坐標系下的系統電流isa，isb，isc變換到二維靜止坐標系下的isd，isq，并對其中的無功分量成分Isq進行低通濾波，之后得到系統所需的無功電流補償量Icq*.在得到有功電流和無功電流補償量之后，將dq反變換，得到三維旋轉坐標系下的補償電流信號icaf*，icbf*，iccf*.將其與檢測的反饋信號ica，icb，icc比較后調節PI，得到系統調制信號ica*，icb*，icc*，然后再與三角載波信號共同完成SPWM信號的調制工作，以得到系統所需要的開關信號。其中，dq反變換如式（2）所示：

.（2）

3 結論

本文利用仿真模型得出了PCC點的電壓、電流波形和有功、無功功率波形。從中可以看出，雙環控制方法改進后，D-STATCOM補償效果良好。在仿真過程中，通過設定負載的接入和切除來模仿系統的動態響應性能，而D-STATCOM在暫態過程中，可以動態響應系統中的負載變化，及時校正PCC點的功率因素，確保PCC點功率因素盡可能接近1. 在PSCAD的仿真環境下，暫態性能模擬清晰。該方法省略了1個PI調節器，簡化了整個系統的控制復雜度。

參考文獻

[1]郭銳，劉國海.靜止同步補償器數學模型及其無功電流控制研究[J].電力自動化設備，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陳柏超，等.利用配電網靜止無功補償器改善電網電能質量的方法[J].電網技術，2004，28（19）：81-84.

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

〔編輯：白潔〕