一种改进的STATCOM补偿电流检测方法

鲍学礼 江 明 高文根 连 磊

（安徽工程大学安徽省检测技术与自动化装置重点实验室，芜湖 241000）

一种改进的STATCOM补偿电流检测方法

鲍学礼 江 明 高文根 连 磊

（安徽工程大学安徽省检测技术与自动化装置重点实验室，芜湖 241000）

针对不平衡电网中存在的负序电压分量对STATCOM的影响，提取三相基波正序电压作为同步参考信号，提出一种改进的ip-iq补偿电流检测方法。利用Matlab/Simulink仿真软件，对传统的ip-iq补偿电流检测方法和改进后的ip-iq补偿电流检测方法进行仿真。仿真结果表明，与传统的ip-iq补偿电流检测方法相比，该方法能够快速响应且准确跟踪电流变化，具有一定的可行性和优越性。

STATCOM；负序电压分量；补偿电流检测；不平衡系统

静止同步补偿器(STATCOM，Static Synchronous Compensator)在提高系统功率因数、提高电力系统安全可靠性、降低电网损耗等众多方面起重要作用，是现代电力系统中一个重要的研究方向。

由于三相不平衡电网中存在负序电压，使得STATCOM的运行性能受到严重影响，而STATCOM的优良性能在很大程度上取决于对其补偿电流的实时、精确的检测［1］。STATCOM的补偿电流检测方法一般分为两类：一类是传统的P-Q运算方式及其改进方法，此类方法适用于三相电压对称系统，对不平衡系统检测结果存在较大误差；另一类是基于瞬时无功功率的ip-iq运算方式及其改进方法，此类方法在检测STATCOM补偿电流方面应用广泛，但是在电压不对称时，传统的ip-iq运算方式对基波无功电流的检测存在误差［2-3］。因此，在不平衡系统中讨论STATCOM补偿电流的检测方法并提出一种改进方法具有重要的意义。

1 STATCOM补偿电流的检测方法

1.1 传统的ip-iq补偿电流检测方法

传统ip-iq补偿电流检测方法的原理如图1所示，其基本步骤如下：采集A相电压Ua，通过一个锁相环(PLL)获取Ua的相角，并由它产生与Ua同相位的正、余弦信号，可得对负荷侧的三相电流进行Clark变换，求出αβ坐标下对应的电流值，再作Park变换得到电流的有功分量和无功分量；将电流的有功分量经过一个低通滤波器，获得电流的基波直流分量；通过Park逆变换和Clark逆变换求得三相坐标下的基波有功电流分量，将原三相电流减去基波有功电流分量，可求得STATCOM需要的补偿电流。

图1 STATCOM传统ip-iq补偿电流检测原理图

1.2 改进后的ip-iq补偿电流检测方法

传统的ip-iq补偿电流的检测方法中，只采集系统A相的电压Ua，通过一个锁相环获取Ua相角，获得与A相同相位的正、余弦信号。当三相电压不平衡时，此方法存在不妥之处。首先，只针对三相电压中A相电压进行处理，虽然检测的步骤变得简单，但是，获得的结果受A相影响甚大。其次，锁相环的使用加大了电路的设计和调试的难度。因此，本文在传统ip-iq补偿电流检测方法的基础上提出一种改进的方法。

改进后的ip-iq补偿电流检测方法如下所述。设三相不对称电压中正序电压分量为［5］：

以三相基波正序电压作为同步参考信号，对输出的三相电网正序电压进行Clark变换，可得αβ坐标下的正序电压为:

式（1）、（2）中，Ua、Ub、Uc和分别为系统三相电网电压和三相基波正序电压,分别表示系统在αβ坐标系下的正序电压值、系统基波正序电压分量和谐波正序电压分量。

此时获得的电压中已经去除了负序电压分量，但仍含有谐波正序分量。经过低通滤波器处理后，可得到系统的正序基波分量。对三相电网电压进行处理的仿真模型如图2所示。

图2 三相电压处理模块仿真模型

在对三相电网电压进行仿真处理时，式（1）中的j表示90°的相移，在仿真时可由一全通滤波器替代，其传递函数可用二阶方程式表示为

仿真时，参数K可设置为1，a和b分别设置为377和pi/2，模型中的低通滤波器的 Order（N）可设置为2，Cut-off frequency（Hz）设置为55。

根据参考文献［5］可知，基波正序电压的初相角与αβ坐标下基波正序电压分量的关系为：

利用上述检测方法可获得一组与三相正序基波电压分量同频同相的正、余弦信号，得到变换矩阵。负载侧的三相输入电流经过Clark变换，求出αβ坐标下对应的值；利用αβ/pq变换得到电流的有功分量ip和无功分量iq：

将电流的有功分量经过一个低通滤波器即可输出基波直流量ip，逆变换后得到三相基波有功电流（iaf、ibf、icf），其关系式如式（5）。将原三相输入电流减去基波有功电流，得到STATCOM所需要的补偿电流。此处低通滤波器的参数Order（N）可设置为2，Cut-off frequency（Hz）可设置为25。

2 仿真与分析

根据以上分析，在MATLAB中的SIMULINK仿真软件中分别建立传统和改进后的ip-iq补偿电流检测仿真模型，如图3和图4所示。

图3 传统ip-iq补偿电流检测仿真模型

图4 改进后的ip-iq补偿电流检测仿真模型

图5和图6分别是传统和改进后的ip-iq补偿电流检测方法中的ip仿真图。传统的ip-iq补偿电流检测方法中的ip的响应时间约为0.04s，其波形不规则；改进后的ip-iq补偿电流检测方法中的ip的响应时间约为0.017s，其波形光滑且规则。

图7和图8分别为传统和改进后的ip-iq补偿电流检测法中三相基波电流仿真图。对两图中的A相电流仿真图进行比较可知，传统ip-iq补偿电流检测方法中跟踪到的基波电流效果不佳，图7中波形明显失真；改进后的ip-iq补偿电流检测方法中大约需要0.02s可跟踪到基波电流的变化，波形失真度很小，符合基波电流特性。

图5 传统ip-iq补偿电流检测法中ip的仿真图

图6 改进后的ip-iq补偿电流检测法中ip的仿真图

图7 传统ip-iq补偿电流检测法中三相基波电流仿真图

图8 改进后的ip-iq补偿电流检测法中三相基波电流仿真图

通过上述对比分析，可得出改进后的ip-iq补偿电流检测法优于传统的补偿电流检测方法，表明改进后的ip-iq补偿电流检测方法的正确性和可行性。

3 结 论

本文在传统ip-iq补偿电流检测方法的研究基础上，提出一种改进的ip-iq补偿电流检测方法，以三相基波正序电压作为同步参考信号，对三相电压进行合理的处理，避免了使用锁相环所带来的不利影响。利用Matlab/Simulink搭建仿真模型并仿真，仿真结果表明改进的ip-iq补偿电流检测方法能快速且准确地跟踪基波电流变化，提高系统的快速性和准确性，优于传统ip-iq补偿电流检测方法。由于在不平衡条件下，系统中的各个模块的参数设置对仿真的结果都有一定的影响，所以仍需要做进一步的优化。

[1]邵振华，陈冲，林瑞全.复杂工况下三相电流基本正序有功分量检测的新方法研究[J].电力系统保护与控制，2012，40（5）：10-15.

[2]熊卿.配电变压器一体化静止无功补偿器（STATCOM）关键技术研究[D].武汉：华中科技大学，2011.

[3]唐杰.配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）的理论与技术研究[D].长沙：湖南大学，2009.

[4]牛锦耀，苏聪丽，冯帆.DSTATOM不平衡补偿电流检测方法研究[J].电力电容器与无功补偿，2011,32（4）：57-62.

[5]郑宏，郭凯，张玉芝，等.不平衡系统中ip-iq电流检测方法研究及 DSP 实现[J].电力电子技术，2009,43（3）：19-20，59.

[6]梁玉红.基于DSP的电网谐波分析仪的设计[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2010，12（4）：127-131.

Research on an Improved STATCOM Compensating Current Detection Method

BAO Xueli JIANG Ming GAO Wengen LIAN Lei
(Anhui Key Laboratory of Detection Technology and Energy Saving Devices of Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000)

Improved ip-iq compensation current detection method is presented by extracting the three-phase fundamental positive-sequence voltage of as a reference synchronizing signal in order to reduce the impact of negative sequence voltage component existed in the unbalanced grid on STATCOM.The simulation of both the traditional ip-iq compensation current detection method and the improved ip-iq compensation current detection method are conducted on Matlab/Simulink.The simulation results show that,compared with the traditional ip-iq compensation current detection method,the proposed method can respond rapidly and track current changes accurately and has certain feasibility and superiority.

STATCOM；negative sequence voltage component；the compensation current detection；unbalance system

TP274

A

1673-1980(2012)05-0165-04

2012-06-25

安徽检测技术与节能装置省级实验室项目（10111406006）；安徽省科学技术厅科技计划项目（1206c0805006）；安徽省教育厅自然科学研究重点项目（KJ2012A035）

鲍学礼(1985-)，男，安徽工程大学在读硕士研究生，研究方向为电力电子技术与现代电力传动控制。