鮑學(xué)禮 江 明 高文根 連 磊

（安徽工程大學(xué)安徽省檢測技術(shù)與自動化裝置重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蕪湖 241000）

一種改進(jìn)的STATCOM補(bǔ)償電流檢測方法

鮑學(xué)禮 江 明 高文根 連 磊

（安徽工程大學(xué)安徽省檢測技術(shù)與自動化裝置重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蕪湖 241000）

針對不平衡電網(wǎng)中存在的負(fù)序電壓分量對STATCOM的影響，提取三相基波正序電壓作為同步參考信號，提出一種改進(jìn)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法。利用Matlab/Simulink仿真軟件，對傳統(tǒng)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法和改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法相比，該方法能夠快速響應(yīng)且準(zhǔn)確跟蹤電流變化，具有一定的可行性和優(yōu)越性。

STATCOM；負(fù)序電壓分量；補(bǔ)償電流檢測；不平衡系統(tǒng)

靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM，Static Synchronous Compensator)在提高系統(tǒng)功率因數(shù)、提高電力系統(tǒng)安全可靠性、降低電網(wǎng)損耗等眾多方面起重要作用，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的研究方向。

由于三相不平衡電網(wǎng)中存在負(fù)序電壓，使得STATCOM的運(yùn)行性能受到嚴(yán)重影響，而STATCOM的優(yōu)良性能在很大程度上取決于對其補(bǔ)償電流的實(shí)時(shí)、精確的檢測［1］。STATCOM的補(bǔ)償電流檢測方法一般分為兩類：一類是傳統(tǒng)的P-Q運(yùn)算方式及其改進(jìn)方法，此類方法適用于三相電壓對稱系統(tǒng)，對不平衡系統(tǒng)檢測結(jié)果存在較大誤差；另一類是基于瞬時(shí)無功功率的ip-iq運(yùn)算方式及其改進(jìn)方法，此類方法在檢測STATCOM補(bǔ)償電流方面應(yīng)用廣泛，但是在電壓不對稱時(shí)，傳統(tǒng)的ip-iq運(yùn)算方式對基波無功電流的檢測存在誤差［2-3］。因此，在不平衡系統(tǒng)中討論STATCOM補(bǔ)償電流的檢測方法并提出一種改進(jìn)方法具有重要的意義。

1 STATCOM補(bǔ)償電流的檢測方法

1.1 傳統(tǒng)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法

傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法的原理如圖1所示，其基本步驟如下：采集A相電壓Ua，通過一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)獲取Ua的相角，并由它產(chǎn)生與Ua同相位的正、余弦信號，可得對負(fù)荷側(cè)的三相電流進(jìn)行Clark變換，求出αβ坐標(biāo)下對應(yīng)的電流值，再作Park變換得到電流的有功分量和無功分量；將電流的有功分量經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，獲得電流的基波直流分量；通過Park逆變換和Clark逆變換求得三相坐標(biāo)下的基波有功電流分量，將原三相電流減去基波有功電流分量，可求得STATCOM需要的補(bǔ)償電流。

圖1 STATCOM傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測原理圖

1.2 改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法

傳統(tǒng)的ip-iq補(bǔ)償電流的檢測方法中，只采集系統(tǒng)A相的電壓Ua，通過一個(gè)鎖相環(huán)獲取Ua相角，獲得與A相同相位的正、余弦信號。當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)，此方法存在不妥之處。首先，只針對三相電壓中A相電壓進(jìn)行處理，雖然檢測的步驟變得簡單，但是，獲得的結(jié)果受A相影響甚大。其次，鎖相環(huán)的使用加大了電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試的難度。因此，本文在傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法的基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的方法。

改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法如下所述。設(shè)三相不對稱電壓中正序電壓分量為［5］：

以三相基波正序電壓作為同步參考信號，對輸出的三相電網(wǎng)正序電壓進(jìn)行Clark變換，可得αβ坐標(biāo)下的正序電壓為:

式（1）、（2）中，Ua、Ub、Uc和分別為系統(tǒng)三相電網(wǎng)電壓和三相基波正序電壓,分別表示系統(tǒng)在αβ坐標(biāo)系下的正序電壓值、系統(tǒng)基波正序電壓分量和諧波正序電壓分量。

此時(shí)獲得的電壓中已經(jīng)去除了負(fù)序電壓分量，但仍含有諧波正序分量。經(jīng)過低通濾波器處理后，可得到系統(tǒng)的正序基波分量。對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行處理的仿真模型如圖2所示。

圖2 三相電壓處理模塊仿真模型

在對三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行仿真處理時(shí)，式（1）中的j表示90°的相移，在仿真時(shí)可由一全通濾波器替代，其傳遞函數(shù)可用二階方程式表示為

仿真時(shí)，參數(shù)K可設(shè)置為1，a和b分別設(shè)置為377和pi/2，模型中的低通濾波器的 Order（N）可設(shè)置為2，Cut-off frequency（Hz）設(shè)置為55。

根據(jù)參考文獻(xiàn)［5］可知，基波正序電壓的初相角與αβ坐標(biāo)下基波正序電壓分量的關(guān)系為：

利用上述檢測方法可獲得一組與三相正序基波電壓分量同頻同相的正、余弦信號，得到變換矩陣。負(fù)載側(cè)的三相輸入電流經(jīng)過Clark變換，求出αβ坐標(biāo)下對應(yīng)的值；利用αβ/pq變換得到電流的有功分量ip和無功分量iq：

將電流的有功分量經(jīng)過一個(gè)低通濾波器即可輸出基波直流量ip，逆變換后得到三相基波有功電流（iaf、ibf、icf），其關(guān)系式如式（5）。將原三相輸入電流減去基波有功電流，得到STATCOM所需要的補(bǔ)償電流。此處低通濾波器的參數(shù)Order（N）可設(shè)置為2，Cut-off frequency（Hz）可設(shè)置為25。

2 仿真與分析

根據(jù)以上分析，在MATLAB中的SIMULINK仿真軟件中分別建立傳統(tǒng)和改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測仿真模型，如圖3和圖4所示。

圖3 傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測仿真模型

圖4 改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測仿真模型

圖5和圖6分別是傳統(tǒng)和改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法中的ip仿真圖。傳統(tǒng)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法中的ip的響應(yīng)時(shí)間約為0.04s，其波形不規(guī)則；改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法中的ip的響應(yīng)時(shí)間約為0.017s，其波形光滑且規(guī)則。

圖7和圖8分別為傳統(tǒng)和改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測法中三相基波電流仿真圖。對兩圖中的A相電流仿真圖進(jìn)行比較可知，傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法中跟蹤到的基波電流效果不佳，圖7中波形明顯失真；改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法中大約需要0.02s可跟蹤到基波電流的變化，波形失真度很小，符合基波電流特性。

圖5 傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測法中ip的仿真圖

圖6 改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測法中ip的仿真圖

圖7 傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測法中三相基波電流仿真圖

圖8 改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測法中三相基波電流仿真圖

通過上述對比分析，可得出改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測法優(yōu)于傳統(tǒng)的補(bǔ)償電流檢測方法，表明改進(jìn)后的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法的正確性和可行性。

3 結(jié) 論

本文在傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法的研究基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法，以三相基波正序電壓作為同步參考信號，對三相電壓進(jìn)行合理的處理，避免了使用鎖相環(huán)所帶來的不利影響。利用Matlab/Simulink搭建仿真模型并仿真，仿真結(jié)果表明改進(jìn)的ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法能快速且準(zhǔn)確地跟蹤基波電流變化，提高系統(tǒng)的快速性和準(zhǔn)確性，優(yōu)于傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測方法。由于在不平衡條件下，系統(tǒng)中的各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置對仿真的結(jié)果都有一定的影響，所以仍需要做進(jìn)一步的優(yōu)化。

[1]邵振華，陳沖，林瑞全.復(fù)雜工況下三相電流基本正序有功分量檢測的新方法研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（5）：10-15.

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Research on an Improved STATCOM Compensating Current Detection Method

BAO Xueli JIANG Ming GAO Wengen LIAN Lei
(Anhui Key Laboratory of Detection Technology and Energy Saving Devices of Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000)

Improved ip-iq compensation current detection method is presented by extracting the three-phase fundamental positive-sequence voltage of as a reference synchronizing signal in order to reduce the impact of negative sequence voltage component existed in the unbalanced grid on STATCOM.The simulation of both the traditional ip-iq compensation current detection method and the improved ip-iq compensation current detection method are conducted on Matlab/Simulink.The simulation results show that,compared with the traditional ip-iq compensation current detection method,the proposed method can respond rapidly and track current changes accurately and has certain feasibility and superiority.

STATCOM；negative sequence voltage component；the compensation current detection；unbalance system

TP274

A

1673-1980(2012)05-0165-04

2012-06-25

安徽檢測技術(shù)與節(jié)能裝置省級實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（10111406006）；安徽省科學(xué)技術(shù)廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（1206c0805006）；安徽省教育廳自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2012A035）

鮑學(xué)禮(1985-)，男，安徽工程大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)與現(xiàn)代電力傳動控制。