鏈?zhǔn)絊TATCOM的改進(jìn)型逆系統(tǒng)滑模控制策略研究

朱紅萍，周振懌，李 毅，危鴻達(dá)，尹逸之

（湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湘潭 411201）

電力系統(tǒng)中存在眾多的非線性、不平衡負(fù)荷，這些負(fù)荷使大量負(fù)序、無功和諧波電流注入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)電能損失日趨嚴(yán)重，時(shí)刻影響著電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器STATCOM（static synchronous compensator）具有提高裝置容量、降低器件損耗、易擴(kuò)展、模塊化等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景[1-3]。如今國內(nèi)外對(duì)STATCOM展開了大量的研究工作，在建模、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和直流母線電壓平衡補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域都取得了長足的進(jìn)展[4-15]：文獻(xiàn)[4]中對(duì)STATCOM的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，包括裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配置、基本原理、應(yīng)用和未來趨勢(shì)等；在文獻(xiàn)[5-6]中Schauder等學(xué)者基于dq坐標(biāo)變換法構(gòu)建了STATCOM數(shù)學(xué)模型，如今該模型已廣泛用于各種控制器設(shè)計(jì)中；文獻(xiàn)[7-8]分別采用PI控制和無差拍控制提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)瞬時(shí)故障的動(dòng)態(tài)性能及電流跟蹤精度的能力，但該策略難于滿足內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)與外部干擾較強(qiáng)的魯棒性控制要求；文獻(xiàn)[9-10]提出通過調(diào)整調(diào)制比M和相角差δ參數(shù)提升裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，但由于裝置輸出的有功、無功存在耦合，所以實(shí)際補(bǔ)償效果存在偏差；文獻(xiàn)[11-12]提出三相平衡的系統(tǒng)能通過解耦控制分別控制有功和無功進(jìn)行補(bǔ)償，但在系統(tǒng)不平衡工況下或出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)直流鏈節(jié)電壓將出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡，影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；文獻(xiàn)[13]中討論了負(fù)載不對(duì)稱情況下將會(huì)造成電網(wǎng)三相電流不平衡、電壓電流相位出現(xiàn)偏差等現(xiàn)象，電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生負(fù)載不對(duì)稱時(shí)正是裝置提供無功補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵時(shí)刻；文獻(xiàn)[14-15]采用模糊控制策略，抑制了系統(tǒng)擾動(dòng)、提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，但該方法難于建立較優(yōu)的模糊規(guī)則。Blazic和Papic在文獻(xiàn)[16-17]中提出了一種基于正序和負(fù)序電流解耦的STATCOM控制策略；文獻(xiàn)[18]采用微分幾何法精確反饋線性化建立線性數(shù)學(xué)模型，再結(jié)合滑模控制實(shí)現(xiàn)有功無功電流的跟蹤；文獻(xiàn)[19-20]采用逆系統(tǒng)方法成功實(shí)現(xiàn)了三相平衡時(shí)有功、無功的精確解耦，但這是建立在電壓電流平衡且系統(tǒng)建立穩(wěn)態(tài)逆模型的條件下，當(dāng)系統(tǒng)受到外部擾動(dòng)較強(qiáng)的情況下有著諸多限制且系統(tǒng)魯棒性較低；文獻(xiàn)[21-22]把參數(shù)攝動(dòng)部分視為系統(tǒng)外部擾動(dòng)，根據(jù)增益外部擾動(dòng)抑制原理和虛擬參考反饋校正法計(jì)算出自適應(yīng)律，該方法雖然基本滿足系統(tǒng)對(duì)于魯棒性的要求但計(jì)算太過于復(fù)雜。

根據(jù)系統(tǒng)在滑模控制下，其狀態(tài)不受限于模型的精確性及外部擾動(dòng)的影響，具有良好的跟蹤性和魯棒性。因此在逆系統(tǒng)解耦、滑模控制的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)滑模趨近律的逆系統(tǒng)解耦滑模控制策略。配合DSOGI-PLL正負(fù)序電流檢測(cè)法能使裝置在系統(tǒng)不平衡工況下得到有功、無功正負(fù)序完全解耦的調(diào)制信號(hào)，使系統(tǒng)具有良好的魯棒性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，彌補(bǔ)逆系統(tǒng)方法中的不足。與文獻(xiàn)[17]中獲取綜合指令電流經(jīng)PI控制策略補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ啾龋疚奶岢龅母倪M(jìn)型逆系統(tǒng)滑模控制策略能使裝置有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、補(bǔ)償效果更好、魯棒性更強(qiáng)。

1 鏈?zhǔn)絊TATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)模型

鏈?zhǔn)絊TATCOM具有星形和三角形兩種接線方式[23]。三角形接法的鏈?zhǔn)絊TATCOM拓?fù)涞刃щ娐啡鐖D1所示，每相換流鏈接N個(gè)H橋子模塊。采用這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，能適用于高壓系統(tǒng)，且鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)具有模塊化、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。圖1中：L為連接電抗器；R為等效電阻；usa、usb、usc為電網(wǎng)側(cè)電壓；uca、ucb、ucc為鏈?zhǔn)絊TATCOM裝置輸出的三相電壓；isa、isb、isc為電網(wǎng)側(cè)電流；ia、ib、ic為補(bǔ)償器的線電流；iab、ibc、ica為補(bǔ)償器相電流。

圖1 角接鏈?zhǔn)絊TATCOM主電路拓?fù)銯ig.1 Main circuit topology of corner-connected chain STATCOM

當(dāng)三相三線制系統(tǒng)處于不平衡工況下，在不考慮諧波及零序分量的情況下，鏈?zhǔn)絊TATCOM裝置輸出的電流由正序分量、負(fù)序分量組成。文獻(xiàn)[24-25]指出不平衡工況會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)不平衡，因此傳統(tǒng)的同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)SRF-PLL（synchro?nous reference frame phase-locked loop）已不能準(zhǔn)確地獲取電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)，加上負(fù)序分量經(jīng)過dq變換會(huì)變?yōu)槎额l交流分量，使獲取的信號(hào)與理想值產(chǎn)生差異。本文采用基于雙二階廣義積分器鎖相環(huán)DSOGI-PLL（double second-order generalized in?tegrator PLL）技術(shù)，將其應(yīng)用于三相電壓、電流分量的提取。以實(shí)現(xiàn)在不平衡工況下對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行快速精準(zhǔn)地檢測(cè)和鎖相，對(duì)基頻的跟蹤及鏈?zhǔn)絊TATCOM補(bǔ)償器能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取電壓和電流的正、負(fù)序分量。基于DSOGI-PLL鎖相的正、負(fù)序電流檢測(cè)原理如圖2所示。

圖2 基于DSOGI-PLL鎖相的正負(fù)序電流檢測(cè)示意Fig.2 Schematic of positive-and negative-sequence current detection based on DSOGI-PLL locking phases

圖2中為正序變換矩陣，α=ej2π∕3為旋轉(zhuǎn)因子。

便可得電壓基波正序分量在αβ坐標(biāo)系下為

同理，可得負(fù)序分量在αβ坐標(biāo)系下為

式中，q=e-jπ∕2表示對(duì)原信號(hào)在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行滯后90°的旋轉(zhuǎn)因子。

結(jié)合圖2和式（1）～（3）可知正負(fù)序電流檢測(cè)原理為：先將三相電壓變換得到αβ坐標(biāo)系下，通過二階廣義積分器正交發(fā)生器SOGI-QSG（second-or?der generalized integrator quadrature signal generator）得到具有兩路互差90°的兩相正交信號(hào)，通過濾波和計(jì)算得到αβ坐標(biāo)系下電壓電流基波正負(fù)序分量，之后通過αβ∕dq變換濾波得到正負(fù)序有功、無功分量。再利用usq實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確鎖相，將得到的角頻率ω作為SOGI的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的自適應(yīng)控制。同理，獲取電流的正負(fù)序有功、無功分量過程和電壓一樣，但省去了鎖相環(huán)節(jié)。圖2中SOGI-QSG控制原理如圖3所示。

圖3 SOGI-QSG控制原理Fig.3 Control principle diagram of SOGI-QSG

在得到正負(fù)序有功、無功分量后可根據(jù)Kirch?hoff laws和對(duì)稱分量法可得到正負(fù)序分離的等效STATCOM暫態(tài)數(shù)學(xué)模型。

式中：M+、M-分別為正、負(fù)序調(diào)制比；δ+、δ-分別為正、負(fù)序相位差；?為系統(tǒng)電壓的初相位；ω為工頻角頻率；Udc為H橋子模塊直流側(cè)電壓；Us為系統(tǒng)相電壓的有效值。

2 逆系統(tǒng)滑模控制器的設(shè)計(jì)

2.1 有功無功電流的逆系統(tǒng)線性化解耦

由式（4）、（5）可知，在使用對(duì)稱分量法對(duì)電網(wǎng)電流進(jìn)行正、負(fù)序分離過程中，由于耦合項(xiàng)ωLI的存在，會(huì)影響裝置實(shí)際的補(bǔ)償效果，所以必須使用一種更為高效的解耦控制方法使其去耦合，完成正負(fù)序有功、無功電流的解耦控制。逆系統(tǒng)方法相比于微分幾何法采用更為直觀的數(shù)學(xué)分析，更適用于非仿射非線性系統(tǒng)，該方法主要是構(gòu)造一個(gè)偽線性系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)正負(fù)序有功、無功電流的線性化解耦，其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程如下：

（1）先由原系統(tǒng)Σ計(jì)算得出逆系統(tǒng)Π；

（2）由計(jì)算得出的逆系統(tǒng)Π求解出α階積分逆系統(tǒng)Πα解析式；

（3）將Πα與原系統(tǒng)Σ相結(jié)合求出偽線性系統(tǒng)ΣΠα，并簡(jiǎn)化成線性反饋解耦的等價(jià)形式；

（4）將具有線性反饋解耦結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)作為被控對(duì)象，結(jié)合控制方法設(shè)計(jì)出理想的控制系統(tǒng)。

圖4為采用逆系統(tǒng)方法綜合設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。

圖4 逆系統(tǒng)方法綜合設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)示意Fig.4 Schematic of comprehensively designed control system using inverse system method

式（6）、（7）的逆系統(tǒng)模型作為原系統(tǒng)的前饋控制，鏈?zhǔn)絊TATCOM與前饋控制可等效為一階積分解耦偽線性系統(tǒng)，如圖5、圖6所示。

圖5 正序一階線性化解耦示意Fig.5 Schematic of positive-sequence first-order linearization decoupling

圖6 負(fù)序一階線性化解耦示意Fig.6 Schematic of negative-sequence first-order linearization decoupling

2.2 有功無功電流的滑模控制設(shè)計(jì)

滑模控制的本質(zhì)是帶有滑動(dòng)模態(tài)的變結(jié)構(gòu)控制，通過設(shè)計(jì)合適的滑動(dòng)面及控制律，將狀態(tài)變量的軌跡引導(dǎo)并維持在滑動(dòng)面上達(dá)到平衡點(diǎn)[26]。對(duì)比眾多非線性控制，在滑模控制下系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)過程中可以進(jìn)行有目的的改變。在對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不確定、受到外部擾動(dòng)方面，擁有著良好的魯棒性。根據(jù)鏈?zhǔn)絊TATCOM的狀態(tài)方程式（4）、（5），以及逆系統(tǒng)解耦式（6）、（7）可知系統(tǒng)為可控的，為了消除指令電流值與裝置發(fā)出的補(bǔ)償電流的誤差，取滑模面為s=iref-i=SV。

即：

在確定滑模面的切換函數(shù)后，采用的改進(jìn)控制律為

式中，系數(shù)ε為運(yùn)動(dòng)點(diǎn)趨近切換面s=0的速率。設(shè)定ε值增大時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)趨近切換面的速度加快但伴隨著較大抖振；ε值減小時(shí)，則相反。為了同時(shí)協(xié)調(diào)好系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的趨近速度及趨近過程中產(chǎn)生抖振的幅度，應(yīng)采取變系數(shù)的方法使得運(yùn)動(dòng)點(diǎn)在距切換面較遠(yuǎn)時(shí)，設(shè)置ε的值較大，使運(yùn)動(dòng)點(diǎn)能快速靠近切換面；當(dāng)系統(tǒng)快接近平衡時(shí)，設(shè)置ε的值逐漸減小，降低了系統(tǒng)產(chǎn)生的抖振。系數(shù)ε2滿足恒為正值并與SV相關(guān)的函數(shù)，試取ε=SV。其中，含有雙曲正切函數(shù)tanh(SV)的-ε2tanh(SV)項(xiàng)作為變速控制項(xiàng)，變速趨近項(xiàng)與成比例，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)距離滑模面較遠(yuǎn)時(shí)趨近速度快，其越靠近滑模面趨近速度越小，這樣能夠有效減弱抖振影響。此外，雙曲正切函數(shù)tanh(SV)還能起到平滑和限幅的效果，保證了ε2tanh(SV)不會(huì)過大，能限制滑模控制輸入信號(hào)的幅值。

相對(duì)于傳統(tǒng)的雙曲正切函數(shù)tanh(S)，引入一種雙曲正切型函數(shù)tanh(SV)為

式中，0＜χ＜1，用來調(diào)節(jié)函數(shù)的斜率，從而選擇合適的參數(shù)來改善控制器的性能。

如圖7為不同χ取值下的tanh(SV)函數(shù)圖。當(dāng)χ值越大，tanh(SV)函數(shù)的斜率越平滑但根據(jù)滑模控制的特性，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性有所欠缺；當(dāng)χ值為0.02時(shí)，雖然函數(shù)的斜率接近開關(guān)函數(shù)但根據(jù)滑模控制的特性會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的抖振。可以根據(jù)實(shí)際控制效果通過調(diào)整斜率來抑制抖動(dòng)，從而改善傳統(tǒng)控制律的不足。

圖7 不同χ值下的雙曲正切函數(shù)Fig.7 Hyperbolic tangent function at different values ofχ

同時(shí)，傳統(tǒng)的控制律中的指數(shù)項(xiàng)-kSV被取代，增加了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。所以增大k值的同時(shí)可以增大χ值來協(xié)調(diào)控制器性能。

因此，根據(jù)式（9），得出最終的改進(jìn)的滑模控制律為

2.3 滑模控制的穩(wěn)定性分析

為保證所設(shè)計(jì)的控制器能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，需對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性定理，系統(tǒng)狀態(tài)變量的運(yùn)動(dòng)軌跡將在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑動(dòng)表面。即只要滿足式（12），系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。

定理1 對(duì)于滑模控制系統(tǒng)，改進(jìn)的滑模控制律（11）滿足到達(dá)條件。

當(dāng)SV＞0時(shí)，

同理，當(dāng)SV＜0時(shí)，

為了提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力，提高裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，k值應(yīng)取比較大的數(shù)值，為了能夠減小超調(diào)及抖振，故取ε=SV，在保證減弱抖振的情況下也擁有良好的快速趨近性。將式（11）與式（6）、（7）相組合，使逆系統(tǒng)的輸入為，從而可得正、負(fù)序調(diào)制比M+、M-和正負(fù)序相位差δ+、δ-。鏈?zhǔn)絊TATCOM改進(jìn)型逆系統(tǒng)滑模控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 鏈?zhǔn)絊TATCOM改進(jìn)型逆系統(tǒng)滑模控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)Fig.8 Design structure of sliding mode controller for improved inverse system of chain STATCOM

圖8的控制過程如下：首先通過DSOGI-PLL正、負(fù)序電流檢測(cè)法測(cè)出系統(tǒng)所需要補(bǔ)償?shù)膮⒖挤至亢脱b置輸出的正、負(fù)序有功、無功分量，計(jì)算兩者之間的誤差值S1、S2、S3、S4作為改進(jìn)型滑模控制的輸入，進(jìn)行電流跟蹤控制；然后將式（11）計(jì)算得出的改進(jìn)型滑模控制輸出作為穩(wěn)態(tài)逆系統(tǒng)解耦控制的輸入；穩(wěn)態(tài)逆系統(tǒng)解耦控制輸出的正、負(fù)序調(diào)制比M+、M-和正、負(fù)序相位差δ+、δ-由式（6）、（7）計(jì)算得出。合成調(diào)制信號(hào)后采用載波相移正弦波脈寬調(diào)制CPS-SPWM（carrier phase shift sinusoi?dal pulse width modulation）策略使鏈?zhǔn)絊TATCOM能及時(shí)跟蹤、補(bǔ)償電網(wǎng)所缺的正序無功、負(fù)序有功和無功分量，提高系統(tǒng)在不平衡工況下應(yīng)對(duì)瞬態(tài)故障的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、補(bǔ)償精度及系統(tǒng)魯棒性。

3 仿真驗(yàn)證

根據(jù)電網(wǎng)的真實(shí)情況，搭建仿真模型：采用三相電源，裝置額定容量為±5 MVar，額定電壓為3 000 V；連接電抗器為4 mH；級(jí)聯(lián)的H橋個(gè)數(shù)為5；H橋子模塊電容值為10 mF；H橋子模塊電容電壓為1 000 V。對(duì)于負(fù)載部分，考慮到電力系統(tǒng)存在大量的非線性、不平衡負(fù)荷，所以對(duì)系統(tǒng)接不平衡工況負(fù)載進(jìn)行仿真分析。

在Matlab∕Simulink環(huán)境中準(zhǔn)確構(gòu)建了角接五電平鏈?zhǔn)絊TATCOM仿真模型，其主要參數(shù)如下：三相不平衡負(fù)載初值分別為：RA=10 Ω、LA=0.015 H；RB=13 Ω 、LB=0.009 H ；RC=9 Ω 、LC=0.013 H ，經(jīng)過多次調(diào)整測(cè)量，設(shè)定滑模控制器參數(shù)為：χ=0.1；k=4 000；設(shè)置仿真在0.15 s時(shí)系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生突變。

由圖9可知：系統(tǒng)在未加入鏈?zhǔn)絊TATCOM時(shí)A相電壓和電流間有著較大的相位差，投入感性負(fù)載后電流相位明顯滯后于電壓相位。對(duì)比圖10可知，在系統(tǒng)投入補(bǔ)償器后A相電壓和電流相位幾乎達(dá)到一致，相位差基本減小為零。在負(fù)載突變時(shí)能在兩個(gè)波形周期內(nèi)幾乎達(dá)到完全補(bǔ)償狀態(tài)，體現(xiàn)了裝置的良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力及補(bǔ)償效果。

圖9 未投運(yùn)鏈?zhǔn)絊TATCOM時(shí)A相電網(wǎng)電壓電流波形Fig.9 Waveforms of A-phase grid voltage and current when chain STATCOM is not in operation

圖10 投運(yùn)鏈?zhǔn)絊TATCOM后A相電網(wǎng)電壓電流波形Fig.10 Waveforms of A-phase grid voltage and current when chain STATCOM is in operation

由圖11可知，在加入補(bǔ)償器之前負(fù)載側(cè)的功率因數(shù)保持在0.725左右浮動(dòng)，功率因數(shù)偏低；在加入改進(jìn)逆系統(tǒng)滑模控制的鏈?zhǔn)絊TATCOM后網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)能基本接近于1，證實(shí)了基于改進(jìn)滑模逆系統(tǒng)控制的鏈?zhǔn)絊TATCOM對(duì)系統(tǒng)正序無功、負(fù)序有功和無功有著良好的補(bǔ)償效果。

圖11 加入鏈?zhǔn)絊TATCOM補(bǔ)償器前后功率因數(shù)對(duì)比Fig.11 Comparison of power factor before and after the addition of chain STATCOM

圖12 加入三級(jí)均壓平衡控制后直流側(cè)電容電壓曲線Fig.12 Curve of DC-side capacitive voltage under threestage equalization balance control

圖12可知在三級(jí)均壓平衡控制下鏈節(jié)電容電壓Udc能在0.3 s內(nèi)達(dá)到電壓平衡穩(wěn)定。此時(shí)設(shè)定系統(tǒng)在0.5 s時(shí)發(fā)生負(fù)載突變，在發(fā)生外部擾動(dòng)情況下直流側(cè)電容電壓Udc能保持著較小的波動(dòng)，波動(dòng)變化基本控制在5%之內(nèi)，基本趨于穩(wěn)定。這體現(xiàn)出裝置的穩(wěn)定性良好，也為裝置輸出系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)碾娏魈峁┍Ｕ稀?/p>

未投入補(bǔ)償器的三相電流波形如圖13所示，系統(tǒng)的三相電流由于系統(tǒng)所接的不對(duì)稱負(fù)載而產(chǎn)生了嚴(yán)重的電流不平衡，而當(dāng)0.15 s時(shí)設(shè)定加入系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生突變，使得電流畸變程度達(dá)到峰值。

圖13 未加補(bǔ)償器的三相電流波形Fig.13 Waveforms of three-phase current without compensator

系統(tǒng)在投入鏈?zhǔn)絊TATCOM之后的電流波形如圖14和圖15所示，對(duì)比圖13可知，投入鏈?zhǔn)絊TAT?COM補(bǔ)償器后，在短時(shí)間內(nèi)網(wǎng)側(cè)三相電流的不平衡度得到極大的改善，且在0.15 s負(fù)載發(fā)生突變后電流能迅速恢復(fù)平衡，整個(gè)過程中未出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)的情況。圖14和圖15分別為采用PI控制和采用改進(jìn)型滑模逆系統(tǒng)控制下的網(wǎng)側(cè)三相電流波形。對(duì)比得出采用本文所提控制方法下三相電流的平衡度明顯比PI控制的平衡度要好，且在0.15 s系統(tǒng)不平衡負(fù)載突變的情況下，采用PI控制策略大約要經(jīng)過0.04 s（2個(gè)周期）達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而采用改進(jìn)滑模逆系統(tǒng)控制策略大約只要0.5個(gè)周期就能快速恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，體現(xiàn)出本文所提控制策略的快速響應(yīng)性、抗擾動(dòng)能力及補(bǔ)償無功的能力更好。

圖14 加入PI控制鏈?zhǔn)絊TATCOM下的網(wǎng)側(cè)三相電流波形Fig.14 Waveforms of grid-side three-phase current after adding chain STATCOM with PI control

圖15 加入改進(jìn)控制策略鏈?zhǔn)絊TATCOM下的網(wǎng)側(cè)三相電流波形Fig.15 Waveforms of grid-side three-phase current after adding the chain STATCOM under improved control strategy

圖16為投運(yùn)鏈?zhǔn)絊TATCOM后，在本文所提出的DSOGI-PLL電流檢測(cè)法配合改進(jìn)型逆系統(tǒng)滑模控制策略、文獻(xiàn)[17]中綜合指令獲取配合PI控制策略、DSO?GI-PLL電流檢測(cè)法配合PI控制策略，三種控制策略下補(bǔ)償器發(fā)出的無功補(bǔ)償電流Iq與電網(wǎng)所缺無功補(bǔ)償電流參考值Iqref的曲線對(duì)比圖。由圖16可以明顯地看出采用DSOGI-PLL電流檢測(cè)法，結(jié)合本文所提的改進(jìn)逆系統(tǒng)滑模控制策略能使裝置發(fā)出的無功補(bǔ)償電流Iq在0.05 s內(nèi)準(zhǔn)確、快速地跟蹤目標(biāo)參考值Iqref，比其他兩種策略的快速性、跟蹤性更好；其次是能明顯看出采用DSOGI-PLL電流檢測(cè)能夠消除由負(fù)序分量轉(zhuǎn)換的二倍頻分量，將電流分量在dq坐標(biāo)系下變?yōu)橹绷鞣至浚公@取的補(bǔ)償指令更精確；在0.15 s系統(tǒng)不平衡負(fù)載突變情況下，本文所提控制策略能夠在0.03 s內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)定，繼續(xù)精準(zhǔn)地跟蹤參考電流，具有良好的自適應(yīng)能力。

圖16 投運(yùn)鏈?zhǔn)絊TATCOM后Iqref和不同控制下Iq曲線Fig.16 Curves ofIqrefandIqwith different controls after chain STATCOM is in operation

4 結(jié)語

本文以能綜合治理電能質(zhì)量的鏈?zhǔn)絊TATCOM為對(duì)象進(jìn)行深入研究，克服了要求被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型的問題，對(duì)原非線性系統(tǒng)進(jìn)行DSOGI-PLL正負(fù)序電流檢測(cè)及數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)逆系統(tǒng)解耦化處理，與滑模控制相結(jié)合；滑模控制采用改進(jìn)的雙曲正切函數(shù)設(shè)計(jì)變速趨近律，并結(jié)合三級(jí)電容電壓平平衡控制及CPS-SPWM控制技術(shù)共同完成系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)。最后應(yīng)用建模仿真驗(yàn)證了所提出的控制策略的有效性、可行性，并比較了本文所提出的控制策略與PI控制下鏈?zhǔn)絊TATCOM的補(bǔ)償效果。結(jié)果顯示本文所提出的控制策略能使補(bǔ)償器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、魯棒性更強(qiáng)，也未出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)情況，達(dá)到了良好的補(bǔ)償效果。使電網(wǎng)在不平衡負(fù)載出現(xiàn)突變時(shí)也能有快速的自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)哪芰︱?yàn)證了所提出的改進(jìn)型逆系統(tǒng)滑模控制方法的有效性，為實(shí)際問題提供了理論支持。