三相四橋臂D-STATCOM控制算法研究

徐文成，黃元媛，王 寶，楊海華

(1.常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州 213025； 2.國家電網公司特高壓建設分公司，江蘇 常州 213000； 3.南京南瑞繼保工程技術有限公司，南京 210000)

靜止無功發生器目前主要有兩個發展方向，即高電壓、大容量STATCOM技術及用戶側低電壓、小容量配電網靜止無功發生器(D-STATCOM)技術。

無源控制器作為非線性控制器相比于傳統線性控制器，很好地適配了D-STATCOM，具有控制響應快、系統穩定速度快、輸出波形好等優點。

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，通過使用相關的測量、控制和調制算法來控制主電路的運行狀態，使主電路輸出的電流ifx能夠實時跟蹤參考反饋電流iLxh*，使配電網側畸變的電流變為理想的正弦波且電網功率因數接近于1，滿足供電公司對用戶側的功率因數要求，同時使配電網側中性線電流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的數學模型

將用戶側負載的三相瞬時電流檢測信號ila、ilb、ilc轉換成ild、ilq、il0，并將其送入無功電流檢測環節中，計算得到需要補償的反饋電流，同時將主電路輸出得到的三相電流ifa、ifb、ifc轉換成ifd、ifq、if0，得到主電路狀態空間方程如下：

(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是串聯電抗器等效出來的電阻值。

圖2 電流環無源控制系統Fig.2 Passive current loop control system

(2)

使用阻尼注入設計方法來設計PBC控制器，其中Z、M、J是可以反映主電路內部特性的矩陣，列向量ε反映的是主電路與外部輸入能量交換關系的參數變量，各矩陣的內部具體數值如下：

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計

圖3是一種簡化的情感控制器的原理框圖，控制器類似于PI控制結構?？刂破鞯膬炔繀的軌蚋鶕豢貙ο蟮恼{整而實時變化，這樣的設計結構增強了控制系統抗干擾性能。簡化的情感控制器可以使REWd-Ad=max(SId1,SId2)獎勵信號REWd隱藏到控制器中，將上面一個公式帶入到控制器中，推導得出杏仁體的調節率值為

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 仿真試驗研究

如圖4所示，補償后的電流實現了配電網側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側的電能質量問題，從仿真結果分析可知，系統在0.15 s時開始穩定。

圖4 三相電流補償前后的對比圖Fig.4 Comparison diagram before and after three-phase current compensation

由圖5可見，D-STATCOM能很好地實現三相四線制供電系統的功率因數校正，使其近似于1，滿足供電公司對配電網用戶側功率因數的要求。

為分析D-STATCOM對配電網側的電流諧波是否具有良好的抑制作用，如圖6所所示，對系統補償前后的三相電流數據進行傅里葉分析，得出補償前后三相電流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，結果分別為1.85%、1.89%、1.88%，由此可知，補償后的電網電流較正弦化較為理想，說明三相四橋臂D-STATCOM實現了對配電網側三相電流諧波很好的抑制。

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

4 結語

基于情感智能控制及無源控制理論的電壓電流雙閉環控制，算法簡潔，易于理解，參數設置簡單，便于軟件編程實現，相較于傳統PI控制器，性能上具有一定的優越性，成功實現了對三相四橋臂D-STATCOM拓撲電路的快速穩定控制。