基于直接电流控制D—STATCOM的PSCAD模型搭建

林顺富+王凯+张铭

摘 要：配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）是一种重要的电能质量校正设备，控制系统是它的关键组成部分，直接影响了D-STATCOM的动态补偿效果。基于PSCAD搭建了改进双闭环控制系统下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流电压外环，在简化了控制系统的同时，保证了其补偿性能。仿真结果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的动态补偿效果。

关键词：静止同步补偿器；控制器；直接电流控制；PSCAD

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0015-02

传统D-STATCOM的控制方法为双闭环控制方法。该控制方法下的D-STATCOM共有5个PI调节器，过多的PI调节器增大了系统调节的难度。本文提出了一种改进方法——双环控制方法，它省去了交流电压外环，简化了控制系统，保证了补偿性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓扑结构主要分为两种，即电压源型和电流源型。在实际应用中，从工作效率的角度考虑，目前较为常用的是电压源型拓扑结构，如图1所示。电压源型D-STATCOM的主体部分是三相三桥臂桥式逆变电路。通过电抗器L与电网相连接，实现了与电网之间的能量交换，同时，电抗器L能够滤除高次谐波。图1中的直流侧电容C用来支撑直流侧电压，以此作为桥式逆变电路的稳定直流电压源。当STATCOM工作时，可以通过控制电路调节桥式电路输出电压的相位和幅值，从而保证PCC点电压的稳定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 电流检测方法

由瞬时无功功率理论可知，将系统电流的成分分为三部分，即基波有功分量、基波无功分量和谐波分量。STATCOM装置需要补偿电流成分中的基波无功分量和谐波分量，因此，在检测电流时，需要快速、有效地检测、分离系统电流。

在众多电流检测方法中，本文选用了基于dq变换的电流检测法来检测、补偿电流信号。其中，dq变换矩阵公式为：

.（1）

在三相三线系统中，不考虑负序分量，此时，式（1）中的 和 为直流分流分量， 和 为交流分量，可通过选频电路分离出所需要的电流成分量。

2.2 STATCOM控制方法

STATCOM的控制方法可分为两种，即直接电流控制和间接电流控制。直流电流控制凭借响应速度快和控制精度良好被广泛应用。与传统双闭环控制系统相比，该系统省去了交流电压外环控制部分，使用dq电流采集来获取无功电流参考值。与传统双闭环控制方法相同的是，其内环为电流环，主要用来跟踪负载的有功电流和无功电流，而直流电压外环的主要作用是保证直流侧电压的稳定性。系统电压Usa，Usb，Usc的相位信息是通过锁相环PLL获取的。电压外环通过比较直流侧给定电压量Udcref与直流侧电容电压反馈量Udc得到误差信号，然后通过调节PI得到系统所需的有功电流补偿量Icd*，再通过dq变换将三维旋转坐标系下的系统电流isa，isb，isc变换到二维静止坐标系下的isd，isq，并对其中的无功分量成分Isq进行低通滤波，之后得到系统所需的无功电流补偿量Icq*.在得到有功电流和无功电流补偿量之后，将dq反变换，得到三维旋转坐标系下的补偿电流信号icaf*，icbf*，iccf*.将其与检测的反馈信号ica，icb，icc比较后调节PI，得到系统调制信号ica*，icb*，icc*，然后再与三角载波信号共同完成SPWM信号的调制工作，以得到系统所需要的开关信号。其中，dq反变换如式（2）所示：

.（2）

3 结论

本文利用仿真模型得出了PCC点的电压、电流波形和有功、无功功率波形。从中可以看出，双环控制方法改进后，D-STATCOM补偿效果良好。在仿真过程中，通过设定负载的接入和切除来模仿系统的动态响应性能，而D-STATCOM在暂态过程中，可以动态响应系统中的负载变化，及时校正PCC点的功率因素，确保PCC点功率因素尽可能接近1. 在PSCAD的仿真环境下，暂态性能模拟清晰。该方法省略了1个PI调节器，简化了整个系统的控制复杂度。

参考文献

[1]郭锐，刘国海.静止同步补偿器数学模型及其无功电流控制研究[J].电力自动化设备，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陈柏超，等.利用配电网静止无功补偿器改善电网电能质量的方法[J].电网技术，2004，28（19）：81-84.

作者简介：林顺富（1983—），男，河南人，博士，副教授，主要从事电能质量和用户端技术方面的研究。

〔编辑：白洁〕

摘 要：配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）是一种重要的电能质量校正设备，控制系统是它的关键组成部分，直接影响了D-STATCOM的动态补偿效果。基于PSCAD搭建了改进双闭环控制系统下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流电压外环，在简化了控制系统的同时，保证了其补偿性能。仿真结果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的动态补偿效果。

关键词：静止同步补偿器；控制器；直接电流控制；PSCAD

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0015-02

传统D-STATCOM的控制方法为双闭环控制方法。该控制方法下的D-STATCOM共有5个PI调节器，过多的PI调节器增大了系统调节的难度。本文提出了一种改进方法——双环控制方法，它省去了交流电压外环，简化了控制系统，保证了补偿性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓扑结构主要分为两种，即电压源型和电流源型。在实际应用中，从工作效率的角度考虑，目前较为常用的是电压源型拓扑结构，如图1所示。电压源型D-STATCOM的主体部分是三相三桥臂桥式逆变电路。通过电抗器L与电网相连接，实现了与电网之间的能量交换，同时，电抗器L能够滤除高次谐波。图1中的直流侧电容C用来支撑直流侧电压，以此作为桥式逆变电路的稳定直流电压源。当STATCOM工作时，可以通过控制电路调节桥式电路输出电压的相位和幅值，从而保证PCC点电压的稳定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 电流检测方法

由瞬时无功功率理论可知，将系统电流的成分分为三部分，即基波有功分量、基波无功分量和谐波分量。STATCOM装置需要补偿电流成分中的基波无功分量和谐波分量，因此，在检测电流时，需要快速、有效地检测、分离系统电流。

在众多电流检测方法中，本文选用了基于dq变换的电流检测法来检测、补偿电流信号。其中，dq变换矩阵公式为：

.（1）

在三相三线系统中，不考虑负序分量，此时，式（1）中的 和 为直流分流分量， 和 为交流分量，可通过选频电路分离出所需要的电流成分量。

2.2 STATCOM控制方法

STATCOM的控制方法可分为两种，即直接电流控制和间接电流控制。直流电流控制凭借响应速度快和控制精度良好被广泛应用。与传统双闭环控制系统相比，该系统省去了交流电压外环控制部分，使用dq电流采集来获取无功电流参考值。与传统双闭环控制方法相同的是，其内环为电流环，主要用来跟踪负载的有功电流和无功电流，而直流电压外环的主要作用是保证直流侧电压的稳定性。系统电压Usa，Usb，Usc的相位信息是通过锁相环PLL获取的。电压外环通过比较直流侧给定电压量Udcref与直流侧电容电压反馈量Udc得到误差信号，然后通过调节PI得到系统所需的有功电流补偿量Icd*，再通过dq变换将三维旋转坐标系下的系统电流isa，isb，isc变换到二维静止坐标系下的isd，isq，并对其中的无功分量成分Isq进行低通滤波，之后得到系统所需的无功电流补偿量Icq*.在得到有功电流和无功电流补偿量之后，将dq反变换，得到三维旋转坐标系下的补偿电流信号icaf*，icbf*，iccf*.将其与检测的反馈信号ica，icb，icc比较后调节PI，得到系统调制信号ica*，icb*，icc*，然后再与三角载波信号共同完成SPWM信号的调制工作，以得到系统所需要的开关信号。其中，dq反变换如式（2）所示：

.（2）

3 结论

本文利用仿真模型得出了PCC点的电压、电流波形和有功、无功功率波形。从中可以看出，双环控制方法改进后，D-STATCOM补偿效果良好。在仿真过程中，通过设定负载的接入和切除来模仿系统的动态响应性能，而D-STATCOM在暂态过程中，可以动态响应系统中的负载变化，及时校正PCC点的功率因素，确保PCC点功率因素尽可能接近1. 在PSCAD的仿真环境下，暂态性能模拟清晰。该方法省略了1个PI调节器，简化了整个系统的控制复杂度。

参考文献

[1]郭锐，刘国海.静止同步补偿器数学模型及其无功电流控制研究[J].电力自动化设备，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陈柏超，等.利用配电网静止无功补偿器改善电网电能质量的方法[J].电网技术，2004，28（19）：81-84.

作者简介：林顺富（1983—），男，河南人，博士，副教授，主要从事电能质量和用户端技术方面的研究。

〔编辑：白洁〕

摘 要：配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）是一种重要的电能质量校正设备，控制系统是它的关键组成部分，直接影响了D-STATCOM的动态补偿效果。基于PSCAD搭建了改进双闭环控制系统下的D-STATCOM仿真模型，省去了交流电压外环，在简化了控制系统的同时，保证了其补偿性能。仿真结果表明，所提出的控制策略是可行的，具有良好的动态补偿效果。

关键词：静止同步补偿器；控制器；直接电流控制；PSCAD

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0015-02

传统D-STATCOM的控制方法为双闭环控制方法。该控制方法下的D-STATCOM共有5个PI调节器，过多的PI调节器增大了系统调节的难度。本文提出了一种改进方法——双环控制方法，它省去了交流电压外环，简化了控制系统，保证了补偿性能。

1 D-STATCOM的工作原理

D-STATCOM的拓扑结构主要分为两种，即电压源型和电流源型。在实际应用中，从工作效率的角度考虑，目前较为常用的是电压源型拓扑结构，如图1所示。电压源型D-STATCOM的主体部分是三相三桥臂桥式逆变电路。通过电抗器L与电网相连接，实现了与电网之间的能量交换，同时，电抗器L能够滤除高次谐波。图1中的直流侧电容C用来支撑直流侧电压，以此作为桥式逆变电路的稳定直流电压源。当STATCOM工作时，可以通过控制电路调节桥式电路输出电压的相位和幅值，从而保证PCC点电压的稳定性。

2 STATCOM的控制策略

2.1 电流检测方法

由瞬时无功功率理论可知，将系统电流的成分分为三部分，即基波有功分量、基波无功分量和谐波分量。STATCOM装置需要补偿电流成分中的基波无功分量和谐波分量，因此，在检测电流时，需要快速、有效地检测、分离系统电流。

在众多电流检测方法中，本文选用了基于dq变换的电流检测法来检测、补偿电流信号。其中，dq变换矩阵公式为：

.（1）

在三相三线系统中，不考虑负序分量，此时，式（1）中的 和 为直流分流分量， 和 为交流分量，可通过选频电路分离出所需要的电流成分量。

2.2 STATCOM控制方法

STATCOM的控制方法可分为两种，即直接电流控制和间接电流控制。直流电流控制凭借响应速度快和控制精度良好被广泛应用。与传统双闭环控制系统相比，该系统省去了交流电压外环控制部分，使用dq电流采集来获取无功电流参考值。与传统双闭环控制方法相同的是，其内环为电流环，主要用来跟踪负载的有功电流和无功电流，而直流电压外环的主要作用是保证直流侧电压的稳定性。系统电压Usa，Usb，Usc的相位信息是通过锁相环PLL获取的。电压外环通过比较直流侧给定电压量Udcref与直流侧电容电压反馈量Udc得到误差信号，然后通过调节PI得到系统所需的有功电流补偿量Icd*，再通过dq变换将三维旋转坐标系下的系统电流isa，isb，isc变换到二维静止坐标系下的isd，isq，并对其中的无功分量成分Isq进行低通滤波，之后得到系统所需的无功电流补偿量Icq*.在得到有功电流和无功电流补偿量之后，将dq反变换，得到三维旋转坐标系下的补偿电流信号icaf*，icbf*，iccf*.将其与检测的反馈信号ica，icb，icc比较后调节PI，得到系统调制信号ica*，icb*，icc*，然后再与三角载波信号共同完成SPWM信号的调制工作，以得到系统所需要的开关信号。其中，dq反变换如式（2）所示：

.（2）

3 结论

本文利用仿真模型得出了PCC点的电压、电流波形和有功、无功功率波形。从中可以看出，双环控制方法改进后，D-STATCOM补偿效果良好。在仿真过程中，通过设定负载的接入和切除来模仿系统的动态响应性能，而D-STATCOM在暂态过程中，可以动态响应系统中的负载变化，及时校正PCC点的功率因素，确保PCC点功率因素尽可能接近1. 在PSCAD的仿真环境下，暂态性能模拟清晰。该方法省略了1个PI调节器，简化了整个系统的控制复杂度。

参考文献

[1]郭锐，刘国海.静止同步补偿器数学模型及其无功电流控制研究[J].电力自动化设备，2006，26（1）：21-24.

[2]袁佳歆，陈柏超，等.利用配电网静止无功补偿器改善电网电能质量的方法[J].电网技术，2004，28（19）：81-84.

作者简介：林顺富（1983—），男，河南人，博士，副教授，主要从事电能质量和用户端技术方面的研究。

〔编辑：白洁〕