徐文成，黃元媛，王 寶，楊海華

(1.常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213025； 2.國家電網(wǎng)公司特高壓建設(shè)分公司，江蘇 常州 213000； 3.南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司，南京 210000)

靜止無功發(fā)生器目前主要有兩個發(fā)展方向，即高電壓、大容量STATCOM技術(shù)及用戶側(cè)低電壓、小容量配電網(wǎng)靜止無功發(fā)生器(D-STATCOM)技術(shù)。

無源控制器作為非線性控制器相比于傳統(tǒng)線性控制器，很好地適配了D-STATCOM，具有控制響應(yīng)快、系統(tǒng)穩(wěn)定速度快、輸出波形好等優(yōu)點(diǎn)。

1 三相四橋臂D-STATCOM的EL模型的建立

1.1 三相四橋臂D-STATCOM的主電路

主電路原理如圖1所示，通過使用相關(guān)的測量、控制和調(diào)制算法來控制主電路的運(yùn)行狀態(tài)，使主電路輸出的電流ifx能夠?qū)崟r跟蹤參考反饋電流iLxh*，使配電網(wǎng)側(cè)畸變的電流變?yōu)槔硐氲恼也ㄇ译娋W(wǎng)功率因數(shù)接近于1，滿足供電公司對用戶側(cè)的功率因數(shù)要求，同時使配電網(wǎng)側(cè)中性線電流iln明顯減小。

圖1 三相四橋臂D-STATCOM的主電路Fig.1 Main circuit of three-phase four-bridge D-STATCOM

1.2 三相四橋臂D-STATCOM的數(shù)學(xué)模型

將用戶側(cè)負(fù)載的三相瞬時電流檢測信號ila、ilb、ilc轉(zhuǎn)換成ild、ilq、il0，并將其送入無功電流檢測環(huán)節(jié)中，計(jì)算得到需要補(bǔ)償?shù)姆答侂娏?，同時將主電路輸出得到的三相電流ifa、ifb、ifc轉(zhuǎn)換成ifd、ifq、if0，得到主電路狀態(tài)空間方程如下：

(1)

其中：L0=4L，L為電感值；Gd、Gq、G0是主電路的輸出控制率；R0=4R，R是串聯(lián)電抗器等效出來的電阻值。

圖2 電流環(huán)無源控制系統(tǒng)Fig.2 Passive current loop control system

(2)

使用阻尼注入設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)PBC控制器，其中Z、M、J是可以反映主電路內(nèi)部特性的矩陣，列向量ε反映的是主電路與外部輸入能量交換關(guān)系的參數(shù)變量，各矩陣的內(nèi)部具體數(shù)值如下：

M=diag{4L,4L,4L,C}

Z=diag{4R,4R,4R,0}

ε=[esdesqes00]

2 D-STATCOM情感智能控制器的設(shè)計(jì)

圖3是一種簡化的情感控制器的原理框圖，控制器類似于PI控制結(jié)構(gòu)?？刂破鞯膬?nèi)部參數(shù)能夠根據(jù)被控對象的調(diào)整而實(shí)時變化，這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了控制系統(tǒng)抗干擾性能。簡化的情感控制器可以使REWd-Ad=max(SId1,SId2)獎勵信號REWd隱藏到控制器中，將上面一個公式帶入到控制器中，推導(dǎo)得出杏仁體的調(diào)節(jié)率值為

Δvdi=αd·SIdi·max(0,SId1,SId2)

Δvdm=αd·SIdm·max(0,SId1,SId2)

式中i=1,2。

(3)

圖3 簡化的情感智能控制器框圖Fig.3 Simplified block diagram of emotional intelligence controller

3 仿真試驗(yàn)研究

如圖4所示，補(bǔ)償后的電流實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)側(cè)較理想的正弦波且三相電流不平衡電流得到平衡化，中型線電流得到減小，由此可見，所提出的控制算法能有效解決配電網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量問題，從仿真結(jié)果分析可知，系統(tǒng)在0.15 s時開始穩(wěn)定。

圖4 三相電流補(bǔ)償前后的對比圖Fig.4 Comparison diagram before and after three-phase current compensation

由圖5可見，D-STATCOM能很好地實(shí)現(xiàn)三相四線制供電系統(tǒng)的功率因數(shù)校正，使其近似于1，滿足供電公司對配電網(wǎng)用戶側(cè)功率因數(shù)的要求。

為分析D-STATCOM對配電網(wǎng)側(cè)的電流諧波是否具有良好的抑制作用，如圖6所所示，對系統(tǒng)補(bǔ)償前后的三相電流數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分析，得出補(bǔ)償前后三相電流THD值。D-STATCOM投入前，A、B、C三相THD值分別為10.94%、16.4%、26.23%。D-STATCOM投入后，結(jié)果分別為1.85%、1.89%、1.88%，由此可知，補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流較正弦化較為理想，說明三相四橋臂D-STATCOM實(shí)現(xiàn)了對配電網(wǎng)側(cè)三相電流諧波很好的抑制。

圖5 補(bǔ)償后三相電壓與電流Fig.5 Three-phase voltage and current after compensation

4 結(jié)語

基于情感智能控制及無源控制理論的電壓電流雙閉環(huán)控制，算法簡潔，易于理解，參數(shù)設(shè)置簡單，便于軟件編程實(shí)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)PI控制器，性能上具有一定的優(yōu)越性，成功實(shí)現(xiàn)了對三相四橋臂D-STATCOM拓?fù)潆娐返目焖俜€(wěn)定控制。