基于电压矢量滞环控制D-STATCOM补偿不平衡负载的控制策略

王圣齐，吴向军

（西安利雅得电气自动化有限公司，陕西西安710075）

1 引言

在配电网中，电压、电流不平衡可能给系统中的用户带来多种危害［1]。为了减轻不平衡负荷对系统造成的危害，近年来，D-STATCOM以其良好的动静态性能，在不平衡负荷补偿中的应用越来越广［2]。

在D-STATCOM的控制方法中直接电流控制比间接电流控制具有更高的响应速度和控制精度，因而得到了越来越深入的研究和广泛的应用［3]，本文在电压空间矢量分析的基础上，采用了一种适合于D-STATCOM补偿不平衡电流的电压矢量滞环控制方法，该方法以相电流误差为控制对象，使用三组滞环比较器，根据相应的比较状态值和对参考电压矢量的区域判别，最终由电压空间矢量选择逻辑，输出一个最佳的电压矢量，从而使补偿器输出电流跟踪指令电流。该方法降低了开关频率，既有较好的电流响应速度，又能有效限制电流误差，改善电流跟踪性能，并且计算量小，易于实现。

2 基于电压空间矢量的滞环控制方法

2.1 电流控制原理

基于电压矢量滞环电流控制的原理图如图1所示。这种控制策略是将指令电流与反馈电流ica、icb、icc通过定环宽的滞环比较单元，输出相应的比较状态值Ba、Bb、Bc，并通过对指令电压矢量u*的区域判别，最终由空间电压矢量选择逻辑，输出一个合适的Uk，从而使三相补偿器输出电流跟踪指令电流。三个滞环比较器的作用是使电流矢量能跟踪指令电流矢量并把电流误差限制在一定的范围内，并通过Ba、Bb、Bc可以确定误差矢量△i所在的区域。u*所在区域通过判别参考线电压符号确定。

图1 电流控制原理

2.2 控制规则与电压矢量Uk的选择

图2 区域划分

经过分析发现，一旦参考电压矢量u*和电流误差矢量△i确定之后，两矢量的空间区域位置也随之确定，u*和△i的区域划分如图2所示。为实现电流跟踪控制，必须选择一个合适的电压空间矢量Uk，使电流误差矢量变化率d△i/dt与电流误差矢量△i的方向始终相反，电流误差矢量的模被限制在一定的滞环宽度内，从而实现补偿器的电流跟踪控制。该电流控制方法的控制规则总结如下。

如图3所示，图中虚线所表示的矢量为Uk所对应的矢量d△i/dt（自电压空间矢量Uk的终点指向参考电压矢量u*的终点）。

图 3 d△i/dt、u*、△i分布

当u*、△i处于其它不同区域时，可以采用上述相同的分析方法得出满足条件的电压空间矢量Uk，如表1所示。

3 仿真验证

在磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC的基础上，对图1的D-STATCOM系统建立仿真模型进行仿真验证，并且与同条件下普通滞环电流控制方法的仿真结果进行了对比分析。仿真参数为：电源线电压为380V，系统阻抗忽略不计，负载为三相不对称，其中 Ra=15Ω，Rb=30Ω，Rc=5Ω，直流侧电压 Udc给定为600V，电容为400μf，连接电感L为5mH，损耗电阻R为0.05Ω，滞环宽度为1A。图4为不平衡负载的电流波形，很明显负载电流波形三相不对称。

表1 Uk选择判别表

图4 补偿前电流波形

图5（a）和（b）分别为采用普通滞环控制方法和矢量滞环控制方法补偿后的电源电流波形，可以看出，两种控制方法均能在一个半周期进入稳态，在稳态时得到很好的补偿效果，使补偿后三相电源电流大小相等，相位依次滞后120°；图6（a）和（b）分别为采用普通滞环控制方法和矢量滞环控制方法的开关信号，可以看出矢量滞环电流控制方法的平均开关频率有所减小，降低了开关损耗。图7（a）和（b）分别为采用普通滞环控制方法和矢量滞环控制方法的误差电流波形，可以看出两种方法均能将电流误差限制在一定的范围内。

可见，在达到相同补偿效果的同时，本文所采用的基于电压空间矢量的控制方法与普通滞环控制方法相比，可以减小开关频率，降低开关损耗。

图5 补偿后电源电流波形

图6 开关信号

图7 误差电流波形

4 结论

本文采用的基于电压空间矢量的滞环控制方法，该方法以相电流误差为控制对象，使用三组滞环比较器，根据相应的比较状态值和对参考电压矢量的区域判别，最终由电压空间矢量选择逻辑，输出一个最佳的电压矢量，从而使补偿器输出电流跟踪指令电流。该方法降低了开关频率，既有较好的电流响应速度，又能有效限制电流误差，并且计算量小，易于实现。

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