不平衡负载的控制策略
王圣齐，吴向军
（西安利雅得电气自动化有限公司，陕西西安710075）
采用一种基于电压空间矢量的滞环电流控制方法，该摘要：为了提高D-STATCOM补偿不平衡负载的性能，
方法利用电流误差矢量与参考电压矢量的空间分布，根据控制规则，得出最优控制电压矢量，使电流误差控制在滞环宽度以内,采用空间电压矢量消除相间影响。在降低开关频率的条件下，既有较好的电流响应速度，又能有效限制电流误差，且控制简单，运算量小，易于DSP实现。仿真结果证明了该方法的正确性和可行性。关键词：D-STATCOM；不平衡负载补偿；电压空间矢量；滞环电流控制中图分类号：TM301.2
文献标识码：A
ControlstrategyofD-STATCOMcompensatingunbalancedloadbasedonhysteresiscontrolofvoltagevector
WANGSheng-qi,WUXiang-jun
（LeadiElectricAutomationCo.,Ltd.,Xi′an710075,China）
Abstract:InordertoimproveperformancesofD-STATCOMcompensatingunbalancedload,onekindofcurrentcontrolmethodbasedonhysteresisvoltagespacevectorisintroduced.Themethodusingspatialdistributionofcurrenterrorvectorandthereferencevoltagevectortoobtainoptimalcontrolvoltagevectoraccordingtocontrolrules,andmakesthecurrenterrorcontrolwithinthehysteresiswidth,thespacevectorisadoptedtoeliminateinterphaseeffects.Intheconditionsofreducingtheswitchingfrequency,ithasgoodcurrentresponsespeed,andcaneffectivelylimitthecurrenterror,simplecontrol,lessoperationandeasy-to-DSPrealization.Thecorrectnessandfeasibilityareprovedbysimulationresults.
Keywords:D-STATCOM;unbalancedloadcompensation;voltagespacevector;hysteresiscurrentcontrol
1引言
在配电网中，电压、电流不平衡可能给系统中的用户带来多种危害。为了减轻不平衡负荷对系
统造成的危害，近年来，D-STATCOM以其良好的动静态性能，在不平衡负荷补偿中的应用越来越广。
在D-STATCOM的控制方法中直接电流控制比间接电流控制具有更高的响应速度和控制精度，因而得到了越来越深入的研究和广泛的应用，本文在电压空间矢量分析的基础上，采用了一种适合于D-STATCOM补偿不平衡电流的电压矢量滞环控制方法，该方法以相电流误差为控制对象，使用三组滞环比较器，根据相应的比较状态值和对参考电压矢量的区域判别，最终由电压空间矢量选
［3］
［2］
［1］
择逻辑，输出一个最佳的电压矢量，从而使补偿器
输出电流跟踪指令电流。该方法降低了开关频率，既有较好的电流响应速度，又能有效限制电流误差，改善电流跟踪性能，并且计算量小，易于实现。
2基于电压空间矢量的滞环控制方法
2.1电流控制原理
基于电压矢量滞环电流控制的原理图如图1所示。这种控制策略是将指令电流ica、icb、icc与反馈电流ica、icb、icc通过定环宽的滞环比较单元，输出相应的比较状态值Ba、Bb、Bc，并通过对指令电压矢量u的区域判别，最终由空间电压矢量选择逻辑，输出一个合适的Uk，从而使三相补偿器输出电流跟踪指令电流。三个滞环比较器的作用
*
*
*
*
2010年第4期王圣齐，吴向军基于电压矢量滞环控制D-STATCOM补偿不平衡负载的控制策略·7·
是使电流矢量能跟踪指令电流矢量并把电流误差限制在一定的范围内，并通过Ba、Bb、Bc可以确定误差矢量△i所在的区域。u*
所在区域通过判别参考线电压u*
ab、u*
*
bc、uca符号确定。
=0，…7）
i*-ica
Uk（kca+
Ba
开*
sign（uab）区
i*-icb
关B*
域*cb+
b
函sign（ubc）选u
数*
择i*
-isign（uca）单
cc+ccB元
c
表
图1电流控制原理
2.2控制规则与电压矢量Uk的选择
经过分析发现，一旦参考电压矢量u*
和电流
误差矢量△i确定之后，两矢量的空间区域位置也随之确定，u*
和△i的区域划分如图2所示。为实现
bU3
U2
Ⅱ
ⅠⅢ
UUu*
7U1
4
Ua
Ⅳ0
Ⅵ
Ⅴ
cU
U5
6
（a）u*
区域划分
③b
②
△i
④
a①
Iw
c
⑥
⑤（b）△i区域划分
图2区域划分
电流跟踪控制，必须选择一个合适的电压空间矢量Uk，使电流误差矢量变化率d△i/dt与电流误差矢量△i的方向始终相反，电流误差矢量的模△i被限制在一定的滞环宽度内，
从而实现补偿器的电流跟踪控制。该电流控制方法的控制规则
总结如下。
规则1：当△i＞Iw时，选择电压矢量Uk，使其对应的d△i/dt具有与电流误差矢量△i方向相反的最小分量，以确保电流矢量ic在跟踪指令电流i*
c的同时，限制电流变化率，以抑制电流谐波。
规则2：当△i≤Iw时，原有Uk不进行切换，从而在限制平均开关频率的同时，增加了控制的稳定性。
如图3所示，图中虚线所表示的矢量为Uk所
对应的矢量d△i/dt（自电压空间矢量Uk的终点指向参考电压矢量u*
的终点
）。bU
3
U2
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
UUU1
4
7Ua
0
Ⅳ
Ⅵ
△iu
*
Ⅴ
cUU6
5
图3d△i/dt、u*
、△i分布
若设△i＞Iw，则按规则1选择合适的Uk。首先，优先考虑d△i/dt模值较小矢量对应的Uk，显然矢量u*
区域对应的三角形边界矢量U0、U1、U6、U7满
足此条件；然后，选定的Uk所对应的矢量d△i/dt必须始终与矢量△i方向相反。当△i处于⑥区时，则只有矢量U6满足上面2个条件。
当u*
、△i处于其它不同区域时，可以采用上述相同的分析方法得出满足条件的电压空间矢量Uk，如表1所示。
3仿真验证
在磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC的基础上，
对图1的D-STATCOM系统建立仿真模型进行仿真验证，并且与同条件下普通滞环电流控制方法
·8·
表1Uk选择判别表
电气传动自动化
2010年第4期
可见，在达到相同补偿效果的同时，本文所采用的基于电压空间矢量的控制方法与普通滞
u
*
△i区域
区域①②③④⑤⑥ⅠU1U2U2U0.7U0.7U1ⅡU2U2U3U3U0.7U0.7ⅢU0.7U3U3U4U4U0.7Ⅳ
U0.7U0.7U4UU45U5ⅤU6U0.7U0.7U5U5U6Ⅵ
U1
U1
U0.7
U0.7
U6
U6
的仿真结果进行了对比分析。仿真参数为：电源线电压为380V，系统阻抗忽略不计，负载为三相不对称，
其中Ra=15Ω，
Rb=30Ω，Rc=5Ω，直流侧电压Udc给定为600V，电容为400μf，连接电感L为5mH，损耗电阻R为0.05Ω，滞环宽度为1A。图4为不平衡负
载的电流波形，很明显负载电流波形三相不对称。
AdvancedGraphFrame
50○IaL
□IbL（A）△IcL（A）4030iiscsa
20isb
10y0-10-20-30-40-50
0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.1000.1100.120
图4补偿前电流波形
图5（a）和（b）分别为采用普通滞环控制方法和矢量滞环控制方法补偿后的电源电流波形，可以看出，两种控制方法均能在一个半周期进入稳
态，在稳态时得到很好的补偿效果，使补偿后三相电源电流大小相等，相位依次滞后120°；图6a）和（b）分别为采用普通滞环控制方法和矢量滞环控制方法的开关信号，可以看出矢量滞环电流控制方法的平均开关频率有所减小，降低了开关损耗。图7（a）和（b）分别为采用普通滞环控制方法和矢量滞环控制方法的误差电流波形，可以看出两种方法均能将电流误差限制在一定的范
围内。
AdvancedGraphFrame
60○Isa（A）
□Isb（A）
△Isc（A）40isa
isb
isc
200-20
-40-60
0.000
0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.1000.1100.120
（a）普通滞环控制方法
AdvancedGraphFrame
60
○Isa（A）
□Isb（A）
△Isc（A）40isa
isbisc
200y-20-40-60
0.000
0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.1000.1100.120
（b）矢量滞环控制方法
图5补偿后电源电流波形
AdvancedGraphFrame
2.00■s1（1）1.501.000.50y0.00-0.50-1.00
0.10
0.200.300.400.50
（a）普通滞环控制方法
（2010年第4期王圣齐，吴向军基于电压矢量滞环控制D-STATCOM补偿不平衡负载的控制策略·9·
AdvancedGraphFrame
■2.00s11.501.000.50y0.00-0.50-1.00
0.00
0.100.200.300.400.50
（b）矢量滞环控制方法
图6开关信号
AdvancedGraphFrame
5.0
■err-A
4.03.02.01.0y0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50（a）普通滞环控制方法
AdvancedGraphFrame
5.0■err-A
4.03.02.01.0y0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0
0.10
0.200.300.400.50（b）矢量滞环控制方法
图7误差电流波形
环控制方法相比，可以减小开关频率，降低开关损
耗。
4结论
本文采用的基于电压空间矢量的滞环控制方法，该方法以相电流误差为控制对象，使用三组滞环比较器，根据相应的比较状态值和对参考电压矢量的区域判别，最终由电压空间矢量选择逻辑，输出一个最佳的电压矢量，从而使补偿器输出电
流跟踪指令电流。该方法降低了开关频率，既有较好的电流响应速度，又能有效限制电流误差，并且计算量小，易于实现。
参考文献：
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王圣齐男，现就职于西安利雅得电气自动化有限公司。吴向军男，现就职于西安利雅得电气自动化有限公司。
收稿日期：2010-01-18
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