STATCOM的直接功率控制技术研究

　　0.引言

　　我国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功容量不足和配备不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。随着全控型电力电子器件 GTO、IGBT 的发展，一种新型的无功补偿装置———静止无功发生(STATCOM)器发展起来。1976 年，美国学者 LGyugyi 在其论文中提出了用电力半导体变流器进行无功补偿的各种方案。它的原理和控制方法与 SVC 有很大不同。它是将自换相桥式电路通过电阻和电抗器(包括变压器的漏抗与电路中其他电抗)，或者直接并联在电网上，根据输入系统的无功功率和有功功率的指令，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足系统所要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

　　上世纪 90 年代初，Tokuo Ohnishi 提出了一种将瞬时有功功率、无功功率用于 PWM 变换器闭环控制系统中的控制策略，随后 ToshihikoNoguchi 等学者进行了研究并取得了进展[1]。由于电压型 STATCOM 直接功率控制(DPC)系统具有更高的功率因数、低的 THD、算法及系统结构简单等优点，得到国内外学者的关注和研究。本文通过 Simulink 环境下的仿真模型进行了静态补偿效果和动态响应效果仿真，证明了这种控制策略的可行性。

　　1.电压定向直接功率控制

　　现行的国外直接功率控制策略一般分为基于电压定向控制(VOC)

　　的 DPC 控制[2][3][4]与基于虚拟磁链定向控制(VF)的 DPC，本文所讨论的是VO-DPC。

　　VO-DPC 系统采用电压外环、功率内环结构。电压外环起到快速跟踪给定电压的作用。瞬时功率根据检测到的电压 ua，ub，uc和电流 ia，ib，ic进行计算，得到瞬时有功和无功功率的估算值 p、q 及三相电压 ua，ub，uc在静止 αβ 坐标中的 uα，uβ。p、q 与有功功率的给定值 pref、无功功率的给定值 qref比较后送入功率滞环比较器，输出反映估算功率偏离给定功率的开关信号 Sp，Sq，由电压外环设定，qref设定为 0，实现单位功率因数。uα，uβ送入扇形选择器，输出为电源电压矢量 u 所处扇区的信号 θn。根据 Sp，Sq，θn在开关表中选择所需的 Sa，Sb，Sc去驱动主电路。

　　为实现对功率的实时控制和调节，不能采用常规的平均功率计算法，应采用瞬时功率计算。三相电压型 STATCOM 瞬时功率按式(1)计算。

　　瞬时功率检测信号与功率给定值送入定环宽的滞环比较单元，输出相应的比较状态值 Sp、Sq。Sp和 Sq只有两种状态，即 1 和 0，Sp=1 表示期望开关动作能使瞬时有功功率 p 增加，Sp=0 表示期望开关动作能使p 减小。Sq=1 表示期望开关动作能使瞬时无功功率 q 增加，Sq=0 表示期望能使 q 减少。把得到的 Sp、Sq与扇区选择信号 θn一起送入开关表，进而确定 DPC 系统所需的开关状态，即 Sa、Sb、Sc的取值。Sp、Sq按下列规则确定[5]：