配電網(wǎng)靜止同步補償器直接功率控制

摘要：建立配電網(wǎng)靜止同步補償器(DSTATCOM)的數(shù)學(xué)模型，提出一種適用于DSTATCOM的直接功率控制(DPC)方法。該方法采用空間矢量調(diào)制直接功率控制(DPC-SVM)，直流側(cè)電壓控制采用容性感性補償控制。采用智能功率模塊(IPM)PM300DVA120 IGBT，設(shè)計了50kvar的DSTATCOM實驗樣機。在10kHz PWM開關(guān)頻率和10kHz信號采樣頻率下獲得良好的實驗結(jié)果。實驗結(jié)果表明，該方法可以實現(xiàn)容性和感性無功的靈活控制，系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)響應(yīng)性能。
關(guān)鍵詞：靜止同步補償器；直接功率控制；空間矢量調(diào)制

1 引言
靜止同步補償器STATCOM作為柔性交流輸電系統(tǒng)的重要控制器，動態(tài)響應(yīng)速度快，可實現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，代表著靜止無功補償?shù)陌l(fā)展方向，已成為國內(nèi)外的研究熱點。隨著用戶對用電質(zhì)量要求的不斷提高，STATCOM已開始應(yīng)用于配電網(wǎng)，DSTACOM成為用戶電力技術(shù)的重要裝置之一。目前針對STATCOM的控制方法主要是間接電流控制和直接電流控制。
DPC通過對瞬時有功、無功功率的偏差調(diào)節(jié)，快速實現(xiàn)目標(biāo)控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)性能好、效率高等優(yōu)點，在PWM整流器、有源電力濾波器(APF)、交流調(diào)速等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在此針對無功補償要求，提出一種適用于DSTATCOM的DPC方法。通過建立DSTATCOM的數(shù)學(xué)模型，提出DSTATCOM系統(tǒng)的定頻DPC方法。數(shù)字仿真和實驗結(jié)果驗證了該方法的可行性和正確性。

2 DSTATCOM的系統(tǒng)模型
DSTATCOM的電路結(jié)構(gòu)分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路。考慮到運行效率，至今大部分DSTATCOM都采用電壓型橋式電路，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

DSTATCOM的主電路由功率開關(guān)器件、連接電抗器和直流側(cè)電容器組成。開關(guān)器件一般采用IGBT模塊，由于配電網(wǎng)電壓等級低，可以通過平波電抗器與電網(wǎng)直接相連。電抗器起連接電網(wǎng)和抑制諧波的作用。直流側(cè)電容器起穩(wěn)定直流電壓和儲能的作用?？刂齐娐酚蓽y量電路、PWM隔離驅(qū)動電路、故障檢測與保護電路以及DSTATCOM控制器組成。
圖2為DSTATCOM主電路結(jié)構(gòu)。圖中ua，ub，uc為三相對稱電源相電壓；ia，ib，ic為網(wǎng)側(cè)相電流；Udc為直流側(cè)電壓；L，R為連接電抗器的電感和電阻；Idc為直流側(cè)電流。

為便于分析，將直流側(cè)電容C用2個電容串聯(lián)等效，其中點記為N’。對于開關(guān)管V1～V6，當(dāng)輸入信號為高電平時導(dǎo)通，為低電平時關(guān)斷，由此可將開關(guān)函數(shù)定義為：當(dāng)sk±=1時，對應(yīng)開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)sk±=0時，對應(yīng)開關(guān)管關(guān)斷，其中k=a，b，c。
不計開關(guān)損耗或?qū)㈤_關(guān)損耗計入電阻R，并定義：sk=sk+-sk-?？紤]電網(wǎng)及DSTATCOM電路為三相對稱系統(tǒng)，所以有：

以上為用開關(guān)函數(shù)描述的DSTATCOM函數(shù)方程，據(jù)此通過輸入輸出因果關(guān)系可方便地在Matlab／Simulink平臺下建立DSTATCOM電路的數(shù)學(xué)仿真模型，通過坐標(biāo)變換可得其在α，β坐標(biāo)系和d，q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。