配电网静止同步补偿器的非线性控制方法

合集下载

配网静止同步补偿器的改进粒子群优化PI控制

ａｇｅｌｏｏｐＰＩｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅＭａｔｌａｂｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｔｏｔｅｓｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｇｏｉｒｔｈｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ
第２５卷第５期
２０１３年１０月
电力系统及其自动化学报
ＰｒｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ－ＥＰＳＡ
Ｖｏ１．２５Ｎｏ．５
０ｃｔ．２０１３
配网静止同步补偿器的改进粒子群优化ＰＩ控制
４０００５３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｌｇｏｉｒｔｈｍｎｅｅｄｓｌｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｓ，ｆｒａｓｔｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｒａｔｅ，ｅａｓｙｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｏｆｔｈｅＤ－ＳＴＡＴＣＯＭｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．

DSP+CPLD在级联H桥配电网静止同步补偿器中的应用

728
2012 年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
2)
CPLD 芯片
复杂可编程逻辑器件 CPLD 是一种可编程逻辑器件，它可以在制造完成后由用户根据自己的需要定义其逻辑功能。CPLD 的特点是有一个规则的构件结构，该结构由宽输入逻辑单元组成，并且 CPLD 使用的是一个集中式逻辑互连方案。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。 (2) 链接控制板
关键词：无功补偿，DSP+CPLD，级联 H 桥
1
引言
静止无功补偿装置 DSTATCOM 是用于电网无功补偿，改善功率因数，降低谐波，同时校正
三相不平衡，提高系统稳定性和输送能力，保证供电系统安全运行和节约电能的装置，其核心是系统主控制板。本控制板集无功补偿、三相不平衡校正、各个信号检测及通信与一体，对电网参数及功率单元模块参数进行实时采样、光纤传送和计算并把各项参数通过 DSP 显示在显示屏上。 DSTATCOM 的主要控制功能及控制算法由 DSP+CPLD 及外围接口芯片组成。这样不仅省去了地址锁存器和译码器等一系列小规模元器件，使硬件电路得到了汉化，有提高了整个系统的可靠性。系统运行所需要的程序、数据和参数根据功能分别放在 DSP 和 CPLD 中。其中 CPLD 取代一些数字逻辑器件及时序逻辑器件扩展系统电路。进一步使系统性能得到提高，而且便于调试及维护。本文主要介绍利用 DSP+CPLD 对 DSTATCOM 实现以下功能：（1）无功补偿及不平衡算法的实现；（2）各项参数的采样、读取，传送及计算；（3）IGBT 触发信号的产生；（4）故障信号的处理；（5）通信及人机接口。

静止同步串联补偿器的原理及其补偿模式研究

摘要：详细分析了ＳＳＳＣ的工作原理及其对电力系统的作用。只考虑基波分量，推导出含有ＳＳＳＣ装置输电系
●
统的有功功率和无功功率的表达式，量的分析了ＳＳ定ＳＣ装置对输电系统潮流的调节作用。介绍了ＳＳＳＣ装置的
两种补偿模式：恒阻抗补偿模式和恒电压补偿模式，并分别给出了在两种补偿模式下系统的控制框图。关键词：静止同步串联补偿器（ＳＣ；ＳＳ）功率特性；补偿模式功角特性中图分类号：Ｎ１Ｔ７５文献标识码：Ｂ
ｍｕａｆｐｗｅｙｔｍｓｉｓａｌｄｗｉＳＣａｅｇｖｎＴｅＳＳ ’ ｅｕａｉｇｅｅｔｔｒｎｍｉｉｎｌｅｉｕｎｉｔｅｌｓｏｏｒｓｓｅｎｔｌｔＳＳｉｅ．ｈＳＣＳｒｇｌｔｆｃｏｔｓｓｏｉｓｑａｔａｉｅｈｌｎａｓｎｔｖａａｙｅ．ｗｏｅｓｔｎｍｏｅｆＳＣｄｖｃｒｎｏｕｅｎｍｅｙｃｎｔｎｅａｃｎｏｓａｔｏｔｇｏｎｌｓｄＴｏｃｍｐｎａｉｄｓｏＳｅｉｅａｅＩｔｄｃｄ，ａｌ，ｏｓｔｍｐｄｎｅａｄｃｎｔｎｌｅｃｍ— ｏＳｒａｉｖａｐｎａｉｎｍｏｅ，ｎｈｏｔｌｌｃｉｇａｆｒｔｅｔｏｍｏｅｅｇｖｎｒｓｅｔｅｙｅｓｔｄｓａｄｔｅｃｎｒｏｋｄａｒｍｗｄｓａｉｅｅｐｃｉｌ．ｏｏｂｏｈｌｖ．

配电静止同步补偿器的控制策略仿真

ｎｏｅｆＤＳＦ、ｌｄｌｏＡｑＣＯＭｎｄｑｆａｆａｅｉ — ｒｍｅｏｘｓ．ｔｅａｔｖｏｒｔｏｙａｈｉｅｔｃｒｅｔｃｎｒｔｏｓ，ａｈｅｒｅｉｅｐｗｅｈｅｒｎｄｔｅｄｒｃｕｒｎｏｔｏｌｍｅｈｄｎｄ
ｔｉｕｉｎｔｔｃｙｃｏｏｓｒｂｔＳａｉＳｎｈｒｎｕＣｏｅｓｔｒｏｍｐｎａｏ，ＤＳＡＴ— Ｔ
ＣＭ）是一种重要的用户电力（ｕｔｍＰｗｒ装Ｏ，Ｃｓｏｅ）ｏ置。在配电网中，ＳＡＣＭ能有效解决电压波ＤＴＴＯ动、电压暂降、电压不平衡、波污染等多种电能谐质量问题㈠［此，为当前电气工程领域研究。，１成天
ｓｎ — ｒｃｕｒｎｔｅｎｒｌｍｅｈｄａｄＭａｌｂｉｇｄｑｄｉｅｔｃｒｅｏｔｏｔｏｎｔａ／Ｓｉｕｉｋｏｔｒｍｌｎｓｆｗａｅ，ｔＴＡＴＣＯＭｓｓｍｕａｅｈｅＤＳｗａｉｌｔｄ．
的热点之一
ＳｍｕｌｔｏｏｎｒｌＳｔａｅｙｏｓｒｂｕｉｎｔｔｃｉａｉｎｆｒＣｏｔｏｒｔｇｆＤｉｔｉｔｏＳａｉ
ＳｙｃｏｕｓＣｏｐｎｓｔｒｎｈｒｎｏｍｅａｏ
ＨＥｘｉｏｉａｘｎ
ｒａｃｉｅｐｏｗｅｏｍｐｅａｉｎｅｔｖｒｃｎｓｔｏ
０引言
随着大功率电力｝乜子器件的发展以及柔性交
流输电系统（ｌｉｌＡｒｎｍｓｉｙｔｍ，ＦｅｂｅＣＴａｓｉＯ数学模型、功功率理论和电流接控制方法，及实现尢功功率补偿的ＳＡＦＭＣ无以式。存对ＤＴｑＯ模进行ｒ深入分析后，用Ｍａａ／ｉｌｋ软件，用ｄｑｓＡ、ＭＣ利ｄｂＳｍｕｎｉ采－电流Ａ接控制法，ＤＯ进行了仿真分析。对ＳＡＣＭＦＦ

静止同步补偿器的最优控制策略

ｗｈｅＰＩｏｎｒｌｒｓｄｏｅｎｃｔｏｌｅｉａｐｔｄ，ａｉｓｆｃｉｎＯｈｖｏｔｇａｒａｔｖｅｏｗｅｉａａｌｚｄｈｒｇｈｎｄｔａｆｅｔｏｔｔｅｌａｅｎｄｅｃｉｐｒｓｎｙｅｔｏｕｓｍｕｌｔｏｎ．ｍｕａｉｎｅｕｌｓｈｉａｉＳｉｌｔｏｒｓｔｓｏｗｈｔｔｅｏｐｉａｏｒｌｅｈａｔｅｔｉｐｒｏｍａｃｎｄｔａｉｎｔａｈｔｍｌｃｎｔｏｌｒｓｂｅｔｒｓａｔｃｅｆｒｎｅａｒｎｓｅｔｐｅｆｍａｅｔｎｔｏｎｔｏｌｅａｈｅｒｓｎｓｐｅｄｏｆｏｉａｃｔｏｌｅｓａｓａｔｒ，ｈｉｈｐｏｓｒｏｒｎｃｈａｈｅＰＩｃｒｌｒ，ｎｄｔｅｐｏｅｓｅｐｔｍｌｏｎｒｌｒｉｌｏｆｓｅｗｃｒｖｅｔｖｉａｉｉｙａｕｐｉｉｙｏｆｔｒｐｏｅｅｉｈｅａａｌｂｌｎｄｓｅｒｏｒｔｈｅｐｏｓｄｄｓｇｎ．ｔ
暂态稳定性能，且响应速度优于Ｐ控制，明了所设计最优控制器的优越性和有效性。并Ｉ证
关键词：止同步补偿器；优控制；短路故障；负载阶Байду номын сангаас跃静最
中图分类号：Ｔ７２Ｍ７３Ｍ１；Ｔ４文献标识码：Ａ文章编号：０３８３（０７０ — ０１０１０ —９０２０）５０７—４

静止同步补偿器(STATCOM)应用与控制技术研究

静止同步补偿器(STATCOM)的应用与控制技术研究中图分类号：tn715+.2文献标识码： a 文章编号：1课题背景及意义（background and significance of the research）在现代社会中，能源为人民生产生活提供了有力的保障。

而电能更成为我们离不开的能源。

然而，由于中高压、大功率的电力电子器件在电力系统中的应用、发展，带来技术进步的同时也带来了许多电能质量问题。

许多电力电子装置不仅功率因数很低，而且谐波污染严重，这就给电网带来了额外负担，影响了供电质量。

除此之外，电网系统中本身存在的轧钢机、电弧炉等冲击性不平衡负荷，运行中会产生大量的高次谐波，并使得系统产生电压波动和闪变并引起三相不平衡这些危害系统性能的电能质量问题。

如何进行无功补偿和谐波治理，进而提高电能质量，已经成为了目前输配电技术中最为紧迫的问题之一。

无功补偿主作用很多，它不仅可以稳定电网系统及装备使用端的电压，如果在长距离输电线路中的某些合适的地方投入就地补偿的无功补偿装置，还可以提高输电系统的输电能力。

无功补偿会使系统和负载的功率因数有很大的提高，这将降低设备的容量，有利于减少功率损耗。

另外，在系统电压不平衡时或者三相负载不对称，无功功率补偿还可以改善系统的不平衡度。

无功补偿和谐波治理在使用设备和控制上具有一定的一致性，无功补偿的同时也会对谐波有所抑制。

但无功功率补偿更偏向提高电力设备利用率，稳定电网电压。

所以，实时快速的无功补偿对提高电网运行的稳定性能，保证供电质量具有十分重要的实际意义。

2无功补偿装置的发展概况（the development situation of reactive power compensation device）无功补偿装置经历了四个发展阶段，各阶段的装置分别为同步调相机、无功补偿电容器、静止无功补偿器（svc）以及静止同步无功补偿器（statcom）。

各种无功补偿装置在响应速度、补偿方式、控制策略等方面有较大区别，表1-1给出了其对比。

静止同步补偿器的非线性控制

２ｉｈａＣ｝ｏｒｅｓｎａｄＴｃｎｌｙＪｈａ３１０，ｈｎ．ｎｕ０ｋｆＰｏｓｉｎｅｈｏｏ，ｎｕ２０７ＣｉａＪｆｏｇｉ
Ａｂｔａｔ：ｔｔｙｃｒｎｕｍｐｎａｏｌｖｒｂｅｎｎｉｅｒｓｓｅｗｔｔｏｇｃｕｌｇｓｒｃｓＳａｉＳｎｈｏｏｓＣｏｅｓｔｒｉａｍｕｔａｉｌｏｌａｙｔｍｉｓｒｎｏｐｉ．ｃｓｉａｎｈｎＩｉｕｔｉｉｕｔｔｄｆｈＣｂｓｎｈｒｃｓｔｅｔａｄ１ｈｓｐｐｒａｏｔｔｓｑｉｄｆｃｌｏｍｏｉｔｅＶＳｙｕｉｇｔｅｐｅｉｅｍａｈｍａｉｌｍｏｅ．Ｔｉａｅｄｐｓｅｆｙｃｔｅｒｓｏｈｏｌｅｒ￣ｎｆｒｔｎａｄｔｅｆｅｂｃｉｅｒａｉｎｏｏｌｅｒｓｓｅｈｏｉｆｔｅｎｎｉａｅｎａｓｏｍａｉｎｈｅｄａｋｌａｉｔｆｎｎｉａｙｔｍ，ａｄｔｅｏｎｚｏｎｎｈｎｃｅｔｓｔｅｎｎｉｅｒｍａｈｍａｉａｄｌｏｅＶＳｎｄ— ｙｃｒｎｕｅｅｅｃａ．ＤｅｏｐｉｇｒａｅｈｏｌａｔｅｔｌｍｏｅｆｔＣｉｑｓｎｈｏｏｓｒｆｒｎｅｆｍｅｎｃｈｌｃｕｌｎｃｎｒｌｔｅｙｗｉｔｔａａｌｏｔｒｔｇｔｓａｅｖｒｂｅ￣ｅｂｃｉｅｒｚｔｎｉｐｏｏｅｎｔｉｐｐｒｗｉｈｃｎｃｎｒｌｅｏｓｈｉｄａｋｌａｉａｉｓｒｐｓｄｉｓａｅ，ｈｃａｏｔｎｏｈｏｔｈａｔｅｎｒａｔｅｏｒｓｐｒｔｌ．ＳｍｕａｉｎｅｕｔｅｌｅｂＰＣ／ＭＴｓｏｈｔｔｅｃｉａｄｅｃｉｐｗｅｅａａｅｙｉｌｔｒｓｌｒａｉｄｙＳＡＤＥｖｖｏｓｚＤＣｈｗｔａｈｄｓｇｅｏｔｌｓｓｅｏｔｉｓｂｔｒｏｔｌｐｏｅｔ．ｅｉｎｄｃｎｒｙｔｍｂａｎｅｔｎｒｒｐｒｏｅｃｏｙ

静止同步补偿器与传统无功补偿器的比较

谐波和经济性等方面进行综合分析与比较，Ｔ（Ｍ具有显著的优越性。ＳＡＣ）
关键词：活交流输变电系统；止同步补偿器；止无功补偿器灵静静
中图分类号：ＴＭ７２１文献标识码：Ｂ
力电子器件（Ｇ如ＴＯ晶闸管与ＩＴ等）ＳＴＣ）就是其中之一，与传统的补偿器ＳＧＢ的ＴＡ（Ｍ它ＶＣ相比在技术上有着很多的优势。介绍ＦＴＡＣＳ装置中的ＳＡＴＯ与ＳＣ，对它们在电压支撑、态仿真、制方法、ＴＣＭＶ并动控
图２并联连接ＦＣＡＴＳ控制器的单
１５ — ６
维普资讯
上海电力工作时，电纳的变化引起系统电抗的变化，而引从起线路传输功率的变化为
ｌ引言
ＦＴＳｌ术的出现给电力系统带来了新ＡＣｌ技
的控制技术和应用手段。不断推出的ＦＴＡＣＳ装置正在为电力系统的安全稳定运行发挥着日益重要的作用，别是在电压稳定方面。静止特
Ｃ）较之于Ｓ（ＭＶＣ的优势就充分地表现出来了。
无功补偿器ＳＶｃ（ｔｔｒｏｅｓｔｒ）静ＳａｉＶａｍｐｎａｏｓ和ｃＣ
止同步补偿器ＳＡＴＣＴＯＭ（ＴＡｔｙｃｒｎｕＳｉｓｎｈｏｏｓｃ

静止同步补偿器的解耦控制策略

接电流控制。电压外环不存在耦合的关系，电流内
环一般采用前馈解耦控制来实现电流内环的解耦。ＳＴＡＴＣＯＭ双闭环控制的过程如图２所示。
角波信号
这种数学模型虽然具有很清晰的物理意义，但是给控制系统的设计带来了很大的困难，因为这种数学模型的交流侧变量具有时变性。所以，要通过ＰＡＲＫ
１ＳＴＡＴＣＯＭ系统的数学模型
ＳＴＡＴＣＯＭ系统图如图１所示。Ｃ代表直流侧电
容，Ｒ、分别代表电阻和电感，三相电网电压为。、
、，
和经济运行。一些传统的无功补偿设备，如同步调
假设变流器的开关器件ＩＧＢＴ为理想开关器
变换，将ＡＢＣ坐标系下的数学模型转换成以电网基
波频率同步旋转的两相坐标系。利用这种变化就可以使ＡＢＣ坐标系下的交流量变换为两相旋转坐标
系中的直流量，从而可以解决ＡＢＣ坐标下，ＳＴＡＴ．ＣＯＭ数学模型交流侧具有时变性的难题。ＡＢＣ坐
用。但是ＳＴＡＴＣＯＭ在ｄｑ坐标系下是一个非线性、强耦合的系统，为了保证输出电流快速无差地跟踪整定值需要对其进行解
耦。通过对ＳＴＡＴＣＯＭ基本结构进行分析，得到了耦合项的模型。采用模糊免疫ＰＩ控制和逆系统相结合的方法，对原系统进

静止同步补偿器(StatCom)无功电流非线性控制研究

Ｃｍｎｈｗｓｔｅｒｇｌｔｅｆｒｎｅｏｐｉｚｄｃｎｒｌｓｓｐｒｏｏｔａｆｒｄｔｎｌｏｌｅｒｃｎｒｌｏａｄｓｏｅｕａｅｐｒｏｍａｃｆｏｔｈｍｉｅｏｔｏｕｅｉｒｔｈｔａｉｉａｎｉａｏｔｏｉｏｔｏｎｎｗｈｎｔｅｄｒｃｉｎｏｅｅｅｃｎｕｕｒｎｓｃａｇｄ，ａｅｅｆｃｆｃｍｐｎａｉｇｒａｔｅｐｗｅｓｅｉｅｔｆｒｆｒｎｅｉｐｔｃｒｅｔｗａｈｎｅｈｏｄｄｈｎｔｆｅｔｏｏｅｓｔｎｅｃｉｏｒｉｖｓｔｓｉ．ａｉｆｅｄ
Ｋｅｗｏｄ：ｔｔｙｈｏｏｓｃｍｐｎａｏ（ｔｔｏ）ｍｏｅｄｆｅｅｔｌｇｍｅｒｚｒｙａｃｙｒｓｓａｃｓｎｃｒｎｕｏｅｓｔｒＳａＣｍｉｄｌｉｒｎｉｅａｏｔｙｅｏｄｎｍｉｓ
仿真结果验证了数学模型的正确性，时表明了非线性控制的优化策略的有效性，到了良好的动态无功补同达
偿效果。
关键词：止同步补偿器静
模型
微分几何
零动态
优化策略
ＳｕｎＮｏｉｅｒＣｏｒｌＳｒｔｇｔｔｍａｔｖｒｅｔｄｙｏｎｌｎａｎｔｏｔａｅｙｏｆＳａＣｏｓＲｅｃｉｅＣｕｒｎｔ
ａａｙｉｂｕＷＯｃｎｒｌｓｒｔｇｅｒｉｅｙｕｉｇＭａｌｂ，ｗｈｃａｉａｅｔｅｍａｈｍａｉｄｌｏｔｔｎｌｓｓａｏｔｔｏｔｏｔａｅｉｓａｅｇｖｎｂｓｎｔａｉｈｖｌｔｈｔｅｔｍｏｅｆＳａ — ｄｃ

一种单周控制的配电网静止同步补偿器的实现

系统间的相互作用，寻求合理的控制方法及断开，输出ＹｔＸｔ，积分器开始对输出信（＝（））
算法，进而对控制策略及保护系统的动作方号Ｙｔ（积分。）当经过时间Ｔｌ积分值达到ＶＩ）１，
式进行综合考虑，才能使装置达到预期的效比较器输出翻转，通过控制器控制使得Ｋ断果＿。统ＤＳＡＴＯＭ的控制是从无功电流开、Ｋ】传１ＴＣ闭合，积分器复位。若控制频率远大检测来进行控制的，献Ｉ析了电能指令控于输入信号ｘ（的频率，也远大于参考电压文 ’ 分ｔ）制中无功电流的检测方法，并将其应用到无的波动频率，则在一个控制周期内，ｘ（和ｔ）
偿精度，单周控制应用于无功补偿装置的控制器设计中，将并对逆变器开关管工作过程中的死区影响进行了补偿。关键词单周控制；配电网静止同步补偿器；死区补偿；应速度响
陕西省自然科学基础
ｔ；１０ ‘ＴＪ）Ｌｎ１ｒ０ｒ＜ｔ＜
修改稿。张军利：讲ｉ研究方向为柔性交
输配电。
装置，计者不仅要考虑装置本身的实现，设而式中Ｔ为时钟脉冲周期。在每一个开关周期
且更主要的是研究装置接入电力系统之后与的开始，时钟脉冲信号到，使得Ｋ，合、Ｋ闭

配电网静止同步补偿器的理论与技术研究

配电网静止同步补偿器的理论与技术研究一、概述随着电力系统的快速发展和可再生能源的大规模接入，配电网的稳定性和电能质量成为了研究的重点。

配电网的无功功率平衡和电压控制问题尤为突出。

为了有效解决这些问题，配电网静止同步补偿器（DSTATCOM）作为一种先进的无功补偿设备，受到了广泛关注。

DSTATCOM以其快速响应、精确控制和无功功率连续可调等优点，为配电网的电压稳定和电能质量提升提供了有效手段。

本文旨在深入研究和探讨配电网静止同步补偿器的理论与技术。

文章将介绍DSTATCOM的基本原理和结构，包括其主电路拓扑、控制系统以及核心算法等。

文章将重点分析DSTATCOM在配电网中的应用及其所带来的优势，如提高电压稳定性、改善功率因数、减少线路损耗等。

接着，文章将探讨DSTATCOM的控制策略，包括传统的控制方法和现代控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，并分析它们在实际应用中的效果。

文章还将关注DSTATCOM的动态性能分析和优化，以提高其响应速度和补偿精度。

文章将总结配电网静止同步补偿器的理论与技术研究现状，并展望未来的发展趋势。

通过深入研究DSTATCOM的理论与技术，有望为配电网的稳定运行和电能质量提升提供有力支持，推动电力系统的可持续发展。

1. 配电网静止同步补偿器（DSTATCOM）的概述配电网静止同步补偿器（DSTATCOM）是一种先进的电力电子设备，主要用于改善配电网的电能质量，提升电网的供电能力和稳定性。

DSTATCOM以其独特的静止同步特性，实现了对配电网无功功率的快速、精确补偿，从而有效解决了配电网中普遍存在的电压波动、功率因数低等问题。

DSTATCOM的核心部件包括大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）构成的电压源型逆变器、直流侧储能元件（如电容器或电池）以及控制系统等。

其工作原理是通过控制系统对逆变器开关状态的控制，实现对配电网无功功率的实时跟踪和补偿。

当配电网中出现无功功率缺额时，DSTATCOM能够迅速提供所需的无功支持，维持电压稳定而当配电网中无功功率过剩时，DSTATCOM则能吸收多余的无功，防止电压过高。

静止同步串联补偿器的变结构控制器设计

ＰＩｎａｌＴｈｅｓｍｕｌｔｏｎｍｏｌｏｆＳＳＳＣｏｐａｉｇｗｉｈ．Ｆｉｌｙ，ｉａｉｄｅｃｍｒｎｔＰＩｃｏｎｔｏｌｒｐｒｅｔｅｆｃｉｅｓｏｈｏ— ｒｌｅｏｖｄｈｅｆｅｔｖｎｅｓｆｔｅｐｒｐｅｏｎｔｏｔａｅ．ｏｓｄｅｒ１ｓｒｔｇｙＫｅｒｓ：ｓａｉｙｈｒｏｕｅｉｓｃｐｎｓｔ（ＳＣ）；ｖａｉｂｌｔｕｔｅｃｙｗｏｄｔｔｃｓｎｃｏｎｓｓｒｅｏｍｅａｏｒＳＳｒａｅｓｒｃｕｒｏｎｔｏｌｎｒｅｓｔｍｅｈｏｒ；ｉｖｅｓｙｓｅｍｔｄ；ｃｐｎｓｔｏｌａｅ；ｄｏｌｏｌｅｏｏｒｏｍｅａｉｎｖｏｔｇｕｂｅｃｓｄｌｏｐｃｎｔｏｌ
Ｃｈｅｇ１０ｎｄｕ６０３１，Ｃｈｉａ；ｎ
２ＣｏｌｇｆＡｕｏｔｎ，ｏｔｅｓｉｅｓｔ，Ｎａｊｎ１０６，Ｃｈｎ）．ｌｅｏｔｍａｉＳｕｈａｔＵｎｖｒｉｙｅｏｎｉｇ２０９ｉａ
Ａｂｔａｔｎｏｄｅｏｅｓｒｃ：ＩｒｒｔｎｈａｅｔｅｓｅｄｔｔｒｏｍａｃｄｔｅｃｍｐｅａｉｌｘｂｌｙｏｎｃｈｔａｙｓａｅｐｅｆｒｎｅａｎｈｏｎｓｔｖｅｆｅｉｉｉｆＳＳＳ，ｒａｅｔＣａｖａｉｂｌ
钱碧甫王奔黄崇鑫。仇乐兵，，，
（．１西南交通大学电气工程学院，成都６０３；．南大学自动化学院，南京２０９）１０１２东１０６

配电静止同步补偿器（DSTATCOM）

本项目内容由清华大学科技开发部所有清华大学科技开发部
配电静止同步补偿器（DSTATCOM ）
STATCOM （STATic synchronous COMpensator 的缩写，即静止同步补偿器）是柔性交流输电技术（Flexible AC Transmission System ，简称FACTS ）的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。

STATCOM 能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。

迄今为止，国际上已经投入电力运行的STATCOM 来自5个国家：中国（清华大学FACTS 研究所）、德国（Siemens 公司）、瑞典（ABB 公司）、英国（Alstom 公司）、日本（Toshiba 和Mitsubishi 公司）。

由清华大学FACTS 研究所与河南省电力公司合作研制的一台±
20MVar 的STATCOM 已于1999
年在河南洛阳投入运行；目前，
一台±50MVar 的STATCOM 正
在研制中，将在上海500kV 电网
投运。

在配电网中，将中小容量的
STATCOM 安装在某些特殊负荷
（如电弧炉）附近，可以显著地
改善负荷与公共电网连接点处
的电能质量，例如提高功率因数、克服三相不平衡、消除电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等等。

这种在配电网中用来提高电能质量的STATCOM 一般称为DSTATCOM 。

联系方式：
联系电话：************、62795599-131
Email ：****************.cn
网址：
版权声明：
，未经许可不得转载。

一种可进行不平衡补偿的静止同步补偿器控制方法

ＣБайду номын сангаас Ｏ
ｅ
Ｌｔｄ，Ｓｈｎａ０３３，ｉ）ａｇｈｉ０３Ｃｈｎａ）２
ｇＡｂｔａｔＴｈｏｅｏｔｏｅｈｄｏＴＡＴＣＯＭｉｈｃｕｄｃｍｐｎａｅｔｒｅｐａｅｕｂｌｎｅｏｄｉｓｃ：ｅｎｖｌｎｒｌｅｒｃｍｔｏｆＳｗｈｃｏｌｏｅｓｔｈｅ — ｈｓｎａａｃｄｌａｓ
龙．ａ
江
Ｈ键词：对称；分解；差拍；－；止同步补偿器关不序无ｄｑ静
水
ｍ
中图分类号：Ｍ９３１Ｔ３．
文献标识码：Ａ
专Ｃ
学ｇ
ＣｏｒｌＭｅｈｏｆＳＴＡＴＣＯＭｍｐｅｓｔｄｗｉｈｎｔｏｔｄｏＣｏｎａｅｔＴｈｒｅｐｓｎｌｎｃｄＬｏｄｅ — ｈａｅＵｂａａｅａ —
维普资讯
第３４卷第４期
２００７年ｌ２月
Ｖｏ．４Ｎｏ４１３，．
Ｄｅ．，００ｃ２７
文章编号：００９３（０７００５０１０ —８３２０】４０７—３
一
种可进行不平衡补偿的静止同步补偿器控制方法
用。ＳＶＣ同传统的无功补偿装置相比具有无机械磨损、响应速度较快等优点。然而，Ｃ可以连续ＴＲ
无功补偿是电力系统安全运行和节能降耗的有效手段，因此如何有效地补偿电力系统的无功功率是国内外学者亟待解决的问题。传统的无功补偿设备如并联电容器组、相机和同步发电机等在早期调的电力系统无功补偿领域发挥了重要的作用但并联电容器阻抗固定，能动态跟踪无功功率的变化，不易造成过补偿或者欠补偿；相机和同步发电机属于调调节无功功率，但会产生低次谐波需要额外的滤波器，由于晶闸管门极控制的固有延迟，偿器的响且补应速度受到了限制。另外，Ｃ运行损耗小且不产ＴＳ生谐波，是其有分级控制不能连续调节无、位平但相

静止同步补偿器的最优控制策略

静止同步补偿器的最优控制策略
静止同步补偿器（STATCOM）的最优控制策略主要包括以下方面：
1.控制对象：应选择合适的控制对象，如电流、电压、无功等。

不同
的控制对象对于实现不同的功率因数调节、电压控制等目标都具有一定的
优势和不足。

2.控制方法：常用的控制方法包括PI控制、模型预测控制（MPC）、
自适应控制等。

应依据具体情况选择合适的控制方法，以最大限度地实现
控制策略的效果。

3.控制策略：不同的控制策略包括电流控制、电压控制、功率因数调
节等，其中电流控制是最常用的策略。

控制策略的选择应根据具体情况，
如静止同步补偿器的用途、电网运行情况、电力系统的特点等，进行综合
考虑。

4.控制变量：静止同步补偿器的控制变量包括输出电流、输出电压、
输出无功等。

应根据不同的控制策略选择合适的控制变量。

5.稳定性分析：在设计控制策略的同时，要考虑到静止同步补偿器的
稳定性问题。

主要包括静止同步补偿器的转子震荡、控制系统的阈值选择、参数的调节等方面。

6.对系统的影响：静止同步补偿器对电力系统的影响是复杂和深远的。

因此，在制定最优控制策略时，还应考虑到它对输电线路、发电机和负荷
等元素的影响。

综上所述，静止同步补偿器的最优控制策略应综合考虑多方面因素。

在确保稳定性的前提下，应选择合适的控制方法和控制策略，通过调节控
制变量实现定、调电压等目标，以实现静止同步补偿器在电力系统中的优化运行。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

配电网静止同步补偿器的非线性控制方法汤赐（长沙理工大学可再生能源电力技术湖南省重点实验室，湖南长沙410114）收稿日期：2010-06-30；修回日期：2011-01-19基金项目：电力系统安全运行与控制湖南省高校重点实验室基金项目；长沙理工大学基金项目（1198001）Project supported by the Fund of Key Laboratory of Hunan Province about Power System Operation and Control and the Fund of Changsha University of Science and Technology（1198001）电力自动化设备Electric Power Automation EquipmentVol．31No.3Mar.2011第31卷第3期2011年3月摘要：通过对系统电路结构的分析获得了多变量、强耦合、非线性的系统模型。

提出一种配电网静止同步补偿器（DSTATCOM）的非线性控制方法，不仅实现了交流侧瞬时电压与交流侧瞬时电流之间强耦合关系的消除，而且解决了直流侧电压因其非线性特性而存在难以快速稳定的问题，并保证了DSTATCOM交流侧瞬时电流和直流侧瞬时电压均能稳态无差地跟踪各自的期望值信号；基于瞬时无功功率的定义获得了无功电流在dq坐标系下的期望值信号。

实验结果表明，DSTATCOM采用所提非线性控制方法后，配电网公共连接点电压和DSTATCOM直流侧电压均能及时、有效地调整到其期望值。

关键词：静止同步补偿器；强耦合；非线性；控制方法中图分类号：TM714.3文献标识码：A文章编号：1006－6047（2011）03－0018－050引言随着电力电子装置的广泛应用，电力系统的电能质量问题越来越受到关注［1-5］。

作为改善电能质量的电力电子装置，配电网静止同步补偿器（DSTATCOM）的主要功能是支撑配电网公共连接点（PCC）电压［6-7］，其直流侧电压的稳定也是DSTATCOM安全有效工作的保证。

文献［8］提出了一种STATCOM用于维持接入点电压的变结构神经网络控制方法。

针对主电路功率器件存在“死区”效应，文献［9］提出了一种STATCOM 的单周控制新方法。

但上述2种方法均没有讨论STATCOM输出电压和输出电流间的耦合关系。

通过分析dq坐标系中DSTATCOM数学模型的特点，文献［10］引入了基于瞬时功率平衡的直接电压控制策略，并提供了一种模糊自适应PI控制方法。

该方法虽然具有算法简单、实用性强等优点；但对于DSTATCOM输出电流的控制而言，它属于开环控制，无法保证DSTATCOM输出电流稳态无差地跟踪其期望值信号。

文献［11］提出了一种DSTATCOM的前馈解耦控制方法，同时实现了支撑配电网PCC电压与稳定DSTATCOM直流侧电压的目标。

但上述4种方法均没有考虑DSTATCOM直流侧电压因其非线性特性而难以实现快速稳定的问题。

针对上述方法的不足之处，本文提出了一种DSTATCOM的非线性控制方法。

1系统建模图1为系统主电路，图中，u g、L g、R g为配电网电压（对称、无畸变）、电感、电阻；L L1、R L1和L L2、R L2均为连接于PCC处固定容量的电感、电阻，其中前者用以模拟敏感性负载，后者用以模拟大容量电感性负载；S 用来控制L L2和R L2是否接入配电网；L、R为连接电抗器的电感、电阻（包含开关器件的开关损耗），i S为流经L和R的电流；DSTATCOM由二电平电压源型变流器构成，u S为其交流侧电压，C为直流侧大电容的电容值，R C用来等效直流侧损耗，u DC、i DC为直流侧电压、电流，i R C为流经R C的电流。

由图1可得DSTATCOM交流侧在三相abc坐标系中的方程：u a=L d i Sad t+Ri Sa+u Sau b=L d i Sbd t+Ri Sb+u Sbu c=L d i Scd t+Ri Sc+u Sc!########"########$（1）其中，u z（z＝a，b，c）为配电网PCC的瞬时电压；i S z和u S z分别为DSTATCOM交流侧的瞬时电流和瞬时电压。

图1系统主电路Fig．1Topology of system circuitCi Su SR Cu DC+-i R C i DCDSTATCOML L1L L2R L1R L2u gSPCC R g L gLR由式（1）可得DSTATCOM 交流侧在两相静止坐标系（即αβ坐标系）中的方程：u α=L d i S αd t+Ri S α+u S αu β=L d i S βd t+Ri S β+u S βx x x x x x x x x x x x x（2）由式（2）可得DSTATCOM 交流侧在两相同步旋转坐标系（即dq 坐标系）中的方程：u d =L d i S d d t-ωLi S q +Ri S d +u S du q =L d i S q+ωLi S d +Ri S q +u S qx x x x x x x x x x x x x（3）其中，ω为配电网的基波角频率。

为简化运算，现将d 轴固定在配电网PCC 的电压矢量上，因此有u d =u u q=x 0（4）结合式（3）（4），有u =L d i S d d t-ωLi S q +Ri S d +u S d0=L d i S q +ωLi S d +Ri S q +u S q x x x x x x x x x x x x x（5）式（5）即为DSTATCOM 交流侧在dq 坐标系中的数学模型。

显然，由式（5）可知，控制DSTATCOM 交流侧的瞬时电压u S d 、u S q 即可实现对DSTATCOM 交流侧的瞬时电流i S d 、i S q 的控制；但由于耦合项ωLi S q 、ωLi S d 的存在，因此u S d 、u S q 难以实现对i S d 、i S q 快速、精准的控制。

这意味着支撑配电网PCC 电压与稳定DSTATCOM 直流侧电压将因DSTATCOM 输出电压和输出电流之间的耦合关系而无法同时有效实现。

由图1可得DSTATCOM 直流侧的方程：i DC =C d u DC d t+i R C（6）从配电网PCC 处流入连接电抗器和DSTAT -COM 的瞬时有功功率p 为［12］p =3u i S d（7）其中，u 为配电网PCC 的电压矢量u 的模。

为简化分析，现忽略R 的影响，即忽略开关器件损耗和连接电抗器损耗。

根据能量守恒定律，DSTATCOM 直流侧的瞬时功率应等于从配电网PCC 处流入的瞬时有功功率p ，因此有32u i S d =u DC i DC （8）结合式（6）（8），有32u i S d =u DC C d u DC d t+u DC i R C （9）式（9）即为DSTATCOM 直流侧在dq 坐标系中的数学模型。

显然，由于等式右边u DC C d u DC d t项的存在，式（9）具有典型的非线性特性。

这意味着即使消除了式（5）中耦合项ωLi S q 、ωLi S d 的影响，采用常规的PI 控制方法仍然无法有效实现DSTATCOM 直流侧电压的快速控制。

综合式（5）（9），即可得DSTATCOM 交、直流侧的统一数学模型：i 觶S d i 觶S q u 觶DC L L L L L L L L L L L L LL L L L L L L L L L L L L=-R L i S d +ωi S q -R L i S q -ωi S d 3u i S d DC -i R C L L L L L L L L L L L L L L L L L LL L L L L L L L L L L L L L L L L L+10010L L L L L L L L L L L L L L LL L L L L L L L L L L L L L Lu -u S d -u S qL L（10）由于式（10）中只有u-u S d 和-u S q 2个输入量，因此也只能选择2个输出量：选择u DC 实现保持直流侧电压稳定的目标，选择i S q 满足支撑配电网PCC 电压的需要。

先定义状态变量如下：x 1＝i S d ，x 2＝i S q ，x 3＝u DC 。

再定义输入变量如下：u 1＝u-u S d ，u 2＝-u S q 。

最后定义输出变量如下：y 1＝i S q ，y 2＝u DC 。

因此式（10）可改写为x觶=f （x ）+g 1（x ）u 1+g 2（x ）u 2y 1=h 1（x ）y 2=h 2（x x x x x x x x x x x x）（11）x =x 1x 2x 3L L L L L L L L LL L L L L L L L L=i S d i S q u DC L L L L L L L L LL L L L L L L L L，f （x ）=f 1（x ）f 2（x ）f 3（x L L L L L L L L LL L L L L L L L L）=-R x 1+ωx 2-Rx 2-ωx 13u x 12Cx 3-i R C CL L L L L L L L L L L L L L L L L LL L L L L L L L L L L L L L L L L Lg 1（x ）＝1L 0L L L L L L L L L L L LL L L L L L L L L L L L0，g 2（x ）＝01L L L L L L L L L L L L LL L L L L L L L L L L Lh 1（x ）=x 2=i S q ，h 2（x ）=x 3=u DC其中，x 为3维状态向量，f （x ）、g 1（x ）和g 2（x ）均为3维光滑向量场，h 1（x ）和h 2（x ）则为x 的标量函数。

由式（11）可得DSTATCOM 的非线性模型，如图2所示。

图中，因g 1（x ）和g 2（x ）中的元素均为常数，与状态向量x 无关，故x 与g 1（x ）、g 2（x ）之间的连线均已省略。

2DSTATCOM 的非线性控制系统由上述分析可知，DSTATCOM 具有多变量、强耦合、非线性的特性，为此，本文采用非线性控制方法实现DSTATCOM 同时支撑配电网PCC 电压与稳定DSTATCOM 直流侧电压的双重目的。

DSTATCOM 的非线性控制系统主要由2部分组成：采用非线性控制律完成解耦和非线性消除的任务；基于瞬时无功功图2DSTATCOM 的非线性模型Fig．2Nonlinear model of DSTATCOMg 1（x ）u 1乙h 1（x ）y 1h 2（x ）y 2f （x ）u 2g 2（x ）++++x觶x××第3期汤赐：配电网静止同步补偿器的非线性控制方法率的定义获得i S q 的期望值信号i *S q 。