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制直接功率控制(DPC-SVM)，直流側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，設計了50kvar的DSTATCOM實(shí)驗樣機。在10kHz PWM開(kāi)關(guān)頻率和10kHz信號采樣頻率下獲得良好的實(shí)驗結果。實(shí)驗結果表明，該方法可以實(shí)現容性和感性無(wú)功的靈活控制，系統具有良好的動(dòng)、靜態(tài)響應性能。
關(guān)鍵詞：靜止同步補償器；直接功率控制；空間矢量調制

1 引言
靜止同步補償器STATCOM作為柔性交流輸電系統的重要控制器，動(dòng)態(tài)響應速度快，可實(shí)現無(wú)功的連續調節，代表著(zhù)靜止無(wú)功補償的發(fā)展方向，已成為國內外的研究熱點(diǎn)。隨著(zhù)用戶(hù)對用電質(zhì)量要求的不斷提高，STATCOM已開(kāi)始應用于配電網(wǎng)，DSTACOM成為用戶(hù)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(guò)對瞬時(shí)有功、無(wú)功功率的偏差調節，快速實(shí)現目標控制，具有結構簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應性能好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在PWM整流器、有源電力濾波器(APF)、交流調速等領(lǐng)域得到廣泛應用。在此針對無(wú)功補償要求，提出一種適用于DSTATCOM的DPC方法。通過(guò)建立DSTATCOM的數學(xué)模型，提出DSTATCOM系統的定頻DPC方法。數字仿真和實(shí)驗結果驗證了該方法的可行性和正確性。

2 DSTATCOM的系統模型
DSTATCOM的電路結構分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路?？紤]到運行效率，至今大部分DSTATCOM都采用電壓型橋式電路，其系統框圖如圖1所示。

DSTATCOM的主電路由功率開(kāi)關(guān)器件、連接電抗器和直流側電容器組成。開(kāi)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(guò)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。直流側電容器起穩定直流電壓和儲能的作用?？刂齐娐酚蓽y量電路、PWM隔離驅動(dòng)電路、故障檢測與保護電路以及DSTATCOM控制器組成。
圖2為DSTATCOM主電路結構。圖中ua，ub，uc為三相對稱(chēng)電源相電壓；ia，ib，ic為網(wǎng)側相電流；Udc為直流側電壓；L，R為連接電抗器的電感和電阻；Idc為直流側電流。

為便于分析，將直流側電容C用2個(gè)電容串聯(lián)等效，其中點(diǎn)記為N’。對于開(kāi)關(guān)管V1～V6，當輸入信號為高電平時(shí)導通，為低電平時(shí)關(guān)斷，由此可將開(kāi)關(guān)函數定義為：當sk±=1時(shí)，對應開(kāi)關(guān)管導通；當sk±=0時(shí)，對應開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，其中k=a，b，c。
不計開(kāi)關(guān)損耗或將開(kāi)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(chēng)系統，所以有：

以上為用開(kāi)關(guān)函數描述的DSTATCOM函數方程，據此通過(guò)輸入輸出因果關(guān)系可方便地在Matlab／Simulink平臺下建立DSTATCOM電路的數學(xué)仿真模型，通過(guò)坐標變換可得其在α，β坐標系和d，q坐標系下的數學(xué)模型。