基于序分量法的D-STATCOM直接功率控制策略研究.pdf

第４４卷第９期２０１６年５月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏ１ＶＯｌ－４４ＮＯ．９Ｍａｙ１，２０１６Ｄ０Ｉ：１０．７６６７／ＰＳＰＣ１５ｌ０２６基于序分量法的Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ直接功率控制策略研究陈奎，周东，孙建坡（中国矿业大学，江苏徐州２２１００８）摘要：将基于序分量法的Ｐ－ＤＰＣ引入到配电网静止同步补偿器（Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ）的控制研究中，来解决传统预测直接功率控制策略只可控制补偿负荷无功功率的问题。将电网电压不对称因素考虑在内，利用瞬时对称分量法对各个采集电气量进行序分解，构建正、负序等效电路。无功和三相不平衡负荷补偿时，根据序网络等效电路分别推得正、负序功率预测模型。基于正序功率预测模型的Ｐ．ＤＰＣ算法控制Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ补偿负荷无功，而基于负序功率预测模型的Ｄ．ＤＰＣ算法控制补偿负荷所需负序电流。两种算法相互牵制，严格控制了Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ的输出电流，消除了装置在电网电压不对称时可能产生的过流威胁，实现了负荷无功和平衡化补偿。仿真结果表明，不论电网电压对称与否，该控制策略都能良好地补偿负荷的无功和负序电流，确保电源侧三相电流平衡且单位功率因数运行。关键词：预测直接功率控制；瞬时对称分量法；电压不对称；负荷平衡化补偿；叠加ＳｔｕｄｙｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆＤ－ＳＡＴＣｏＭｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔＣＨＥＮＫｕｉ，ＺＨＯＵＤｏｎｇ，ＳＵＮＪｉａｎｐｏ（ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ（Ｐ－ＤＰＣ）ｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ，ＳＯａｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｉｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ，ｆｉｒｓｔｏｆａｌｌ，ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｖｅｒｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｎ—ｐｏｓ￣ｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｐｏｗｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌｓｃａｎｂｅｄｅｄｕｃｅｄ．ＴｈｅＰＤＰＣｂａｓｅｄｏｎｐｏｓｉｔｉｖｅｐｏｗｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｓｕｓｅｄｉｎＤ－ＳＴＡＴＣＯＭｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ；ａｎｄｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｌｏａｄｃｕｒｒｅｎｔ．ＴｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｔｏｒｅｇｕｌａｔｅｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｏｆＤＳＴＡＴＣＯＭｓｔｒｉｃｔｌｙ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｔｈｒｅａｔｏｆｃｏｎｖｅｎｅｒｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔｃａｕｓｅｄｂｙｎｅｇａｔｉｖｅｖｏｌｔａｇｅｉｓｅｌｉｍｉｎａｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｌｏａｄｃｕｒｒｅｎｔｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｅｖｅｎｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｖｏｌｔａｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐ－ＤＰＣ；ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｖｏｌｔａｇｅ；ｌｏａｄｂａｌａｎｃｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ０引言随着人们对配电网供电可靠性和电能质量要求的提高Ｌ１Ｊ，配电网静止同步补偿器（Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ）作为柔性交流输电技术（ＦＡＣＴＳ）家族成员的重要装置之一，因其能有效解决电压波动与闪变、三相电压不平衡等电能质量问题ＬｌＪ而成为近年的研究热点。传统的Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ控制器的设计一般都基于三相电压对称、负荷三相平衡的假设，然而，实际配电网中的电压不对称现象普遍存在，与此同时，考虑到大量交流电弧炉［２１、电力机车等不平衡负荷的接入以及随机单相负荷的存在，配电网的三相负荷通常也是不平衡的。因此，传统的采用坐标变换和有功、无功解祸控制的控制策略急需改进。直接功率控制凭借优良的静、，动态性能，静止坐标下有功、无功功率的解耦控制ｐＪ被广泛应用于三相并网逆变器【４Ｊ、ＰＷＭ整流器Ｌ５Ｊ的控制中。本文尝试着将直接功率控制应用到不对称电网下三电电力系统保护与控制平Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ负荷平衡化补偿控制中。直接功率控制大体可分为基于开关表的变开关频率ＤＰＣ和基于预测模型的固定开关频率Ｐ．ＤＰＣ，它们各有自己的优势和不足。文献【６】提出根据稳态、暂态选择不同的矢量序列分别计算各个矢量的作用时间来保证稳定性，同时加快了系统的动态响应快速性，然而，该算法不仅算法复杂、对控制器要求高，而且无法保证矢量的作用时间都大于零和存在局部最优解问题Ｊ，文献［８］采用ＳＶＰＷＭ模块取代矢量时间—计算使算法大为简化。文献【９］利用ＰＤＰＣ算法来映射电网负序电压抑制Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ装置过流，但无法补偿负荷的负序电流。文献［１Ｏ］根据正、负序等效电路采用正、负序补偿电流叠加控制补偿负荷无功功率和负序电流，但忽视了电压不对称可能带来的危害。本文首先简单介绍了预测直接功率控制的理论背景，基于此，提出利用瞬时对称分量法ｌＪ将电压、电流序分解，根据Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ正、负序网络等效电路分别构建正序预测直接功率控制环和电网虚拟负序电压下的预测直接功率控制环。正序预测直接功率控制环补偿负荷无功功率和映射电网负序电压，虚拟负序预测直接功率控制环调节Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ输出负序电流平衡三相负荷。正、负序预测功率控制双环叠加严格控制了Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ的输出电流，提升了装置在复杂电网条件下的生存性和鲁棒性。１基于Ｐ．ＤＰＣ的三电平Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ运行分析１．１预测直接功率控制原理分析—图１所示为Ｐ．ＤＰＣ控制ＤＳＴＡＴＣＯＭ补偿负荷无功功率原理图，根据当前控制周期电网电压壹、逆变器输出电流，、直流侧两电容电压。、。２的采样值计算实际有功功率、无功功率的反馈值以及直流侧有功给定值，通过求得的功率偏差计算出下一控制周期逆变器输出电压值【ｌ１。由瞬时无功功率理论可知，对于三相对称交流系统，Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ装置输出瞬时功率在静止坐标下可表示为ｅｓ￣，１・１．２功率预测模型假设系统的采样周期为，考虑远小于电网电压周期，可近似认为相邻两个采样周期内电压值相等，可求得离散化后第七个采样周期内瞬时复功率的变化量㈣为—图１直接功率控制三电平ＤＳＴＡＴＣＯＭ原理图Ｆｉｇ．１ＳｙｓｔｅｍｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＰ－ＤＰＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｅｓ￣（ｋ；ｌｃ＃１二］（２）△‘Ｉｌｑ（）ｌ１）一（七）ｌｌ（尼＋）一ｆｃ（）１一又因为本文验证的是低压配电网，忽略交流侧电阻的影响，将系统的状态方程采用向前差分离散化处理：ｌｉｆｃｏ￣（（七ｋ＋＋１））一－ｆｃＧ（（ｋ））１ｆ：Ｌ三ｌ［ｕ￣（（ｋ尼））－～ｅ．Ａ（七ｋ））１Ｉ（３）Ｉ（七＋）一毛（）Ｉ三Ｉ（尼）～（七）Ｉ将式（３）代入式（２）并化简得：由上式可知，将电网电压当作常量，如果已知瞬时功率的变化量，就可以得到ＳＴＡＴＣＯＭ装置的电压调制信号，经空间矢量脉宽调制模块调制后输出功率开关器件的控制信号，从而实现系统瞬时功率的增减控制【引。（）２基于序分量法的不平衡负荷补偿式中：ｇ分别为系统瞬时有功功率和无功功率；ｅｓ、ｆｃ郴分别为坐标系下网侧电压和Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ输出补偿电流。２．１不平衡电网电压条件下无功功率和负序电流补偿当电网电压不对称或三相负荷不平衡时，无功—负荷都会产生负序电流分量，由ＤＳＴＡＴＣＯＭ进行叶●●］，，Ｊ—一尼七七＋●ｒＬｒ＝＝＝＝＿＿＝＝一一一一ｌＩｎ＝、ｎ＋十尼足，＼，Ｊ＼●，●，＼陈奎，等基于序分量法的Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ直接功率控制策略研究．４５．负荷平衡化补偿时需其发出负序电流。与此同时，文献［１３】论述了对于三相不对称量来说，经Ｃｌａｒｋ变换后的、分量并不正交，在静止坐标系下的有功、无功功率解耦控制受到挑战。针对上述种种不利，提出采用瞬时对称分量法ｌ¨将ＰＣＣ处的电压、电流采集电气量进行序分解，根据Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ正、负序网络等效电路分别构建电网电压正序和电网虚拟负序电压下的预测直接功率控制环，正序环补偿负荷无功功率和映射电网负序电压，虚拟负序环补偿负荷所需负序电流，正、负序网络等效电路图如图２所示。（ａ）正序网络等效电路（ｂ）负序网络等效电路图２预测直接功率控制ＤＳＴＡＴＣＯＭ序网络图—Ｆｉｇ．２ＳｅｑｕｅｎｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆＰＤＰＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｔｈｒｅｅ．１ｅｖｅｌＤ．ＳＴｐＣｏＭ当Ｄ．ＳＣＯＭ公共连接点处三相电压、电流不对称时，瞬时有功、无功功率表达式为’＝Ｐ＋ｊｇ＝叩＝ｅＡｅ一＋ｅＮｉＮｅ（一Ｊ＋（５）ｅｐｉＮｅ脚）ｅ一纠“‘其中：ｅ＝ｅ（一十ｅＮｅ一；ｆｃ鲫＝ｅ（＋—ｅｊ，分别为电网电压和补偿电流正、负序在静止坐标系中空间矢量的表达形式。由公式（５）可知，在一定的电网电压条件下，Ｄ．ＳＣ０Ｍ补偿电流在不对称电网电压下瞬时功率的直流分量就足以表征正、负序补偿电流的幅值和相位信息。因而，只需控制ＰＣＣ处瞬时功率的直流成分就可以控制装置发出满足要求的正、负序补偿电流［１４１。２．２无功电流补偿对图２（ａ）所示的正序网络等效电路施用同样的Ｐ．ＤＰＣ控制原理理论推导，有所不同的是此时各个电压、电流值不再是瞬时采样值而是经瞬时对称分量法计算后的正序分量瞬时值，求得逆变器输出正序电压表达式为ｌ）（卅一ＬＩＤ（）（尼）Ｉ４２（ｋ）Ｊｆ６１ｉ（七＋１）一Ｐ（）Ｉ．１删（Ｉｌ（＋１）一Ｑ（）１。ｌ）（）ｌ式中，功率反馈值为正序补偿电流在正序电网电压下的瞬时功率值，为恒定的直流分量。将式（６）两边同时加Ｅ电网负序电压得：慨［Ｐ＊（（ｋ＋＋ｌ。））－Ｐ（ｋ）Ｊｌ＋ｅｓａ（１）Ｑｋ－Ｑ（ｋ｛七ｋ；］＋［：｛ｋ；］ｌ（＋１））』。Ｉ（）（）Ｊ令（７）［：；：：｛；］＝［；｛；］＋［主｛；］整理得（１）（ｋ）Ｉ一ｌ刚）（后）【１］（ｋ）ｌ（）ｊ，（）（）ｊｆ８１ＩＰ（ｋ＋１）一Ｐ（）ｌ。Ｉｅｓ（ｋ）ＩｌＱ（ｋ＋１）一Ｑ（七）（ｋ）Ｉ式（８）中的有功参考值用来支撑直流侧电压，无功参考值用来补偿负荷无功功率，电网的负序电压通过上式映射到逆变器交流侧抑制装置过流威胁。２．３三相负荷－不平衡补偿根据以上基于正序网络等效电路的预测直接功率控制理论的推导可得如图２（ｂ）所示负序网络等效电路，忽略交流侧电阻的影响，求得其离散化后的状态方程如下：ｌ；ｌ；ｌ＝ｌ乏：：｛：；二ｉｐ｛；Ｉ９（２）（）ｊ【＿（尼＋１）一（２）（）ｊ将式（９）进行改写：）（ｋ）Ｉ一ｆ）（ｋ）一（１）（ｋ）ｆ，（）ｊ一（）一ｅ￣ａｏ）（）ｊＩｅｓ）（ｋ）一（１）（ｋ）ｌｉ（ｋ＋１）一（）Ｉ【＿一（）（ｋ）一（）（后）Ｊ【＿（）（尼＋１）一（：）（后）Ｊ（１０）．４６．电力系统保护与控制—ＩＰｊ（ｋ＋Ｉ）一Ｂｙ（ｋ）ｌＩｅｓ）（ｋ）一（１）（ｋ）ＩＩ（＋１）一ＱＶ（尼）ｌ卜ｅｓｐ（１】（七）一ｅｓ刚）（）Ｉ‘｛（七十１）＿ｌａ㈤（ｋ）ｌｌｉｐ（２）（ｋ＋１）一（２）（ｋ）Ｉ其中，、和尸Ｖ、为虚拟负序电网电压下的虚拟有功、无功功率反馈值以及参考值，为恒定直流量。此处采用电网电压正序分量来构建虚拟负序分量是考虑到配电网负序电压的不确定性，并且如果瞬时复功率为２倍交流量时会在逆变器交流侧映射出三次谐波分量，引起输出电流畸变，将上式代入式（１０得：ｚ，—（尼）Ｉ：Ｉ（．ｊ｝）一，（七）｝．ｚ（）ｊ…Ｉｌ一（七）一七）ｊ、ｌ（．ｉ｝＋１）一尸Ｖ（）Ｉｌ（七十１）一Ｑｖ（ｋ）ｌ将式（８）的正序电压调制信号与式（１１）的负序电压调制信号相叠加作为三电平空间矢量脉宽调制模块的输入，产生的ＰＷＭ驱动信号控制相应的ＩＧＢＴ模块导通与关断，基于序分量法的Ｐ．ＤＰＣ三电平ＳＴＡＴＣＯＭ控制原理图如图３所示。图３基于序分量法的预测直接功率控制—Ｆｉｇ．３ＰＤＰＣｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ将电网电压和Ｄ．ｓＴＡＴＣＯＭ装置的输出电流经信号调理和采样滤波后送入序分解模块，其功能是实现三相采集电气量的正、负序快速分离，具体的分解算法可以参考文献［１１］，然后将获得的各序分量变换到静止坐标系下以便进行瞬时功率的计算。瞬时功率计算模块的输出即为正、负序直接功率预测模型的实时反馈值，虚拟功率给定计算模块的作用是根据参考负序补偿电流和电网正序电压进行虚拟功率的给定计算，此处的虚拟一词体现在：瞬时功率计算中的电压矩阵次对角线是正序电压轴分量的相反数来模拟电网负序电压矩阵。主控模块将各个反馈值和参考值作差后进行正、负序电压调制信号的计算送入空间矢量脉宽调制模块，ＳＶＰＷＭ模块Ｌ１１实现功率开关器件控制信号的分配和直流侧中点电位的平衡。如果不需对负荷负序电流进行补偿时还可以将虚拟功率给定值设为零，当电网电压不对称时，其可以抑制直流侧电压２倍频脉动在交流侧引入的负序电流ｌｌ，确保输出电流三相平衡。双环叠加控制维持了直流侧电容电压恒定、中点电位平衡，抑制了电网负序电压对Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ装置产生可能的过流威胁，提供了所需的无功功率和负序补偿电流，实现了配电网的无功补偿和三相负荷平衡。然而，实际系统中由采样滤波、序分解中的低通滤波器、功率计算等引入的控制延时会对系统的运行性能产生一定的影响，如何限制控制延时，加快系统响应快速性仍需进一步深入研究。而且系统的安全稳定运行是在逆变器交流侧没有发生过调制的情况下，也就是说存在最大电网电压不对称度和三相负荷最大不平衡度，这两个参数必须折中选取。３仿真验证３．１仿真模型参数首先在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件平台下搭建了一台容量为８０ｋｖａｒ的三电平配电网静止无功补偿器模型对上述所提控制策略进行仿真对比研究，实验系统的具体仿真参数列于表１。表１仿真模型参数Ｔａｂｌｅ１Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ参数名三相系统线电压有效值／ｖ直流侧上、下电容电压值，Ｖ直流侧上、下电容值／ｍＦ交流侧等效耦合电感值／ｍＨ交流侧等效耦合电阻值／Ｑ开关频率／ｋＨｚ采样频率／ｋＨｚＤＳＴＡＴＣＯＭ无功补偿范围／ｋｖａｒ仿真软件平台下的Ｓｉｍｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｒｍ模型库中包含所有所需的主电路功能模块，按照上表所给出的模型参数设置好后根据原理图３搭建仿真模型。控制电路模型搭建的原理思路是利用三相电气值测量模块对各路电压、电流值进行采样，经信号调理姗㈣档陈奎，等基于序分量法的Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ直接功率控制策略研究．４７．电路处理后，采用零阶保持器对采集的电气量进行离散数字量处理后作为序分解模块的输入，然后将获得的正、负序瞬时值分别进行瞬时功率计算作为主控模块的反馈输入，主控模块的功能是根据给定功率值与反馈输入值的偏差计算出三相电压调制信号，经ＳＶＰＷＭ算法模块后输出开关器件的控制信号【ｌ。３．２三相负荷平衡化补偿对电网电压对称和不对称两种工况下负荷平衡化补偿进行仿真验证，图４为配电网三相电压对称时，三电平Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ运行波形图。由图４（ａ）可知，在０．０５Ｓ时刻静止无功补偿器投入运行补偿负荷无功功率，在０．１５Ｓ时虚拟负序预测直接功率控制环切入对负荷进行平衡化补偿，实现了电源侧《氍０１ｏ０．１１ｏ．１２０１３０．１４０．１５０２５０２６ｏ２７０．２８０２９０３０—（ｂ）ＤＳＴＡＴＣＯＭ￣ｂ偿电流波形Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ（５０Ｈｚ）＝７４８８．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ（５０Ｈｚ）７７３３，ｍ＝ｏ６６％ＴＨＤ＝１０６％００ｌ０２０３０．４０５０６０７０８０．９ｌ０（ｅ）直流侧电压波动和中点电位波形图４三电平Ｄ．ＳＴＡＴＣ０Ｍ在电压对称时运行情况—Ｆｉｇ．４Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌＤＳＴＡＴＣＯＭｕｎｄｅｒｂａｌａｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ电流三相对称且单位功率因数运行，在０．３５Ｓ时另一无功负荷接入；图４（ｂ）、图４（ｃ）为补偿电流波形和相应ａ相电流频谱图，无功补偿时ＴＨＤ为０．６６％。负序电流补偿时ＴＨＤ为１．０６％，且以３次和５次谐波居多，与文献【９］中的控制策略相比，谐波含有率明显减小，输出波形畸变得到大大缓解；图４ｆｄ）为电源侧瞬时功率响应波形，实现无功补偿后，瞬时无功曲线在零值附近以２倍频波动；平衡化补偿后，曲线稳定在了零刻度线；负载突变后，经两个周波后重新进入稳态，动态响应性能较好；图４（ｅ）为直流侧电压波动和中点电位波形，可以发现，此时的电容电压波动率为０．８％，基本维持了直流侧电压恒定，中点电位波动幅值限制在了２０Ｖ以内，满足了系统正常运行的要求。图５为电网电压不对称时系统运行波形图，因为电力系统公共连接点正常电压不平衡度为２％，短时不允许超过４％。为不失一般性，选取电压不平衡度４％，不对称电压波形如图５（ａ）。由图５（ｂ１可知，即使电压不对称时，仍能保证电源电流三相对称且单位功率因数运行；图５（ｃ）为补偿电流波形和相应ａ相电流频谱图，无功补偿时ＴＨＤ为０．７６％，负序电流补偿时ＴＨＤ为１．１１，相对于电压对称时，谐波含有率只略有增加；通过图５（ｅ）、图５（０可以发现，电源侧瞬时复功率在实现补偿后仍存在２倍频功率脉动；电压不对称时，直流侧的电压波动率为０．５％，中点电位仍能维持平衡。墨２００。一２００Ｏ１００ｌ１０ｌ２０．１３０ｌ４０１５０１６０１７０．１８０１９０２Ｏ（ａ电网电压波形（Ｃ）Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ，￣ｂ偿电流波形翼０６０．４二＝］｝｛｝｛—ＩＩＬ－Ｉ．＿＿Ｊ０２４６８１０１２１４１６１８２０ｆｄ１无功补偿和平衡化补偿电流频谱蝌督碱留醛晕蜡Ａ／蝤爆删．．４８．．电力系统保护与控制之；廿１０８６ｄ２Ｏ一２（ｅ）电源侧瞬时功率响应曲线ｏ０１０２０３０４０．５０６０７０８０９ｌ０（ｆ）直流侧电压波动和－中点电位波形图５三电平ＤＳＴＡＴＣＯＭ在电压不对称时运行情况—Ｆｉｇ．５ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌＤ－ＳＴＡＴＣ０Ｍｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ４结论（１）针对传统预测直接功率控制策略只可补偿—负荷无功功率的局限性，提出根据ＤＳＴＡＴＣＯＭ负序等效电路数学模型来构建负序功率预测模型的—ＤＤＰＣ算法，控制装置补偿负荷所需负序电流，进一步扩展了Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ的补偿功能。（２）通过将电网负序电压经控制算法映射到逆变器输出交流侧的方式，一方面消除了电网负序电压对装置可能产生的过流威胁，另一方面方便了负序功率预测模型Ｄ．ＤＰＣ算法的推导。（３）功率给定值和反馈值都为恒定直流量，传统的ＰＩ调节器就可达到无静差控制，因而实现方便，且输出电流谐波含有率较低，满足并网要求。（４）最后对系统的动态响应快速性进行了验证，Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ装置基本可以在两个周波内就可实现对无功和负序电流的跟踪补偿。参考文献［１］袁佳歆，陈柏超，万黎，等．利用配电网静止无功补偿器改善配电网电能质量的方法［Ｊ］．电网技术，２００４，２８（１９）：８１－８４．ＹＵＡＮＪｉａｘｉｎ，ＣＨＥＮＢｏｃｈａｏ，ＷＡＮＬｉ，ｅｔａ１．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｔａｔｉｃｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，２８（１９）：８１８４．［２］丁思奇，曼苏乐，崔灿，等．静止同步补偿器在电弧炉治理中的应用仿真［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，—２０１３，２５（１）：１５５１６０．Ｄ１ＮＧＳｉｑｉ，ＭＡＮＳｕｌｅ，ＣＵＩＣａｎ，ｅｔａ１．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳＴＡＴＣ０Ｍｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｆｕｒｎａｃｅｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ［Ｊ］．——ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵＥＰＳＡ，２０１３，２５（１）：１５５１６０．［３］赵方平，杨勇，阮毅，等．三相并网逆变器直接功率控制和直接功率预测控制的对比［Ｊ】．电工技术学报，２０１２，２７（７）：２１２・２２０．ＺＨＡＯＦａｎｇｐｉｎｇ，ＹＡＮＧＹｏｎｇ，ＲＵＡＮＹｉ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｆｏｒｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｈｒｅｅ－－ｐｈａｓｅｇｒｉｄ－・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，—２０１２，２７（７）：２１２２２０．［４］姚志垒，肖岚．基于改进ＤＰＣ．ＳＶＭ的三相并网逆变器［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（４）：１４１－１４７．——ＹＡＯＺｈｉｌｅｉ，ＸＩＡＯＬａｎ．ＴｈｒｅｅｐｈａｓｅｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｓｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄＤＰＣ－ＳＶＭ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（４１：１４１．１４７．［５］年珩，程鹏．电网电压不平衡时ＰＷＭ整流器的谐振直接功率控制策略［Ｊ］＿电工技术学报，２０１３，２８（１１）：８６９４．ＮＩＡＮＨｅｎｇ．ＣＨＥＮＧＰｅｎｇ．ＲｅｓｏｎａｎｔｂａｓｅｄｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（１１）：８６－９４．［６］ＡＵＲＴＥＮＥＣＨＥＡＳ，Ｒ０ＤＩＵＧＵＥＺＭ，０ＹＡＲＢＩＤＥＥ，ｅｔａＩ．—ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆＭＶｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄ—ｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌＮＰＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｃ］／／ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００７．ＩＳｌＥ２００７．ＩＥＥＥＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ，Ｖｉｇｏ，２００７．［７ｊＡＧＵＩＬＥＲＡＲＰ，ＱＵＥＶＥＤＯＤＥ，ＶＡＺＱＵＥＺＳ，ｅｔａ１．ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＡＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｃ】／／ＥＣＣＥＡｓｉａＤｏｗｎｕｎｄｅｒ（ＥＣＣＥＡｓｉａ），２０１３ＩＥＥＥ，Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ，ＶＩＣ，２０１３．’［８］ＢＯＵＡＦＩＡＡ，ＧＡＵＢＥＲＴＪＰＫＲＩＭＦ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔ—ｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｕｓｉｎｇｓｐａｃｅ－ｖｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＶＭ）［Ｊ］．ＩＥＥＥ—ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１０，２５（１）：２２８２３６．［９］周杨，江道灼，王玉芬．基于虚拟磁链的静止同步补偿器直接功率控制策略研究［Ｊ】．电网技术，２０１２，—３６（１１、：２０５２１０．ＺＨＯＵＹａｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｏｚｈｕｏ，ＷＡＮＧＹｕｆｅｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｔａｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｆｌｕｘｌｉｎｋａｇｅ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２０１２，３６（１１）：２０５－２１０．［１Ｏ］辛业春，李国庆，王朝斌．无功和三相负荷不平衡的序分量法补偿控制［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１４，—４２（１４）：７２７８．ＸＹｅｃｈｕｎ，ＬＩＧｕｏｑｍｇ，ＷＡＮＧＣｈａｏｂｉｎ．Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ—ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｕｎｂａｌａｎｃｅ１ｏａｄ静霄鲁鳖霹嚣Ａ／氍徊陈奎，等基于序分量法的Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ直接功率控制策略研究．．４９．．ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１４，４２（１４）：７２７８．［１１］袁旭峰，程时杰，文劲宇．改进瞬时对称分量法及其在正负序电量检测中的应用［Ｊ］．中国电机工程学报，—２００８，２８（１）：５２５８．ＹＵＡＮＸｕｆｅｎｇ，ＣＨＥＮＧＳｉｅ，ＷＥＮＪｉｎｙｕ．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｉｔｓｄｅｗ．ｉｏｎｆｏｒｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇ￣ｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００８，２８（１）：５２－５８．［１２］郭三明，孙鹏荆，敬树仁，等．基于预测模型的ＳＴＡＴＣＯＭ功率控制策略建模与仿真［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，４３（１）：８８．９２．ＧＵＯＳａｎｍｉｎｇ，ＳＵＮＰｅｎｇｊｉｎｇ，ＪＩＮＧＳｈｕｒｅｒ￣ｅｔａ１．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒＳＴＡＴＣＯＭｂａｓｅｄｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１５，４３（１）：８８－９２．Ｅｔ３］赵贺，林海雪．论电工领域中对ｑ．０变换的误用［Ｊ］．电—网技术，２０１３，３７（１１）：２９９７３０００．ＺＨＡＯＨｅ，ＬＩＮＨａｉｘｕｅ．Ｏｎｍｉｓｕｓｅｏｆｃｃ－Ｂｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３７（１１）：２９９７・３０００．［１４］文雷，唐轶．基于负序功率极性判定电压暂降源方位—【Ｊ］．电器与能效管理技术，２０１６，４３（１）：５５６１．ＷＥＮＬｅｉ，ＴＡＮＧＹｉ．Ａｎａｐｐｒｏａｃｈｏｆｖｏｌｔａｇｅｓａｇｓｏｕｒｃｅｌｏｃａｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｐｏｗｅｒｆｌｏｗｐｏｌａｄｔｙ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，４３（１）：５５－６１．［１５］陆原，胡丙辉，张军伟，等．基于ＳＶＰＷＭ调制的三段式算法研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１６，４４（６）：６８．７５．ＬＵＹｕａｎ，ＨＵＢｉｎｇｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＪｕｎｗｅｉ，ｅｔａ１．Ａｔｈｒｅｅ－ｓｅｇｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｒｅｓｅａｒｃｈｂａｓｅｄｏｎＳＶＰＷＭｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，—２０１６，４４（６）：６８７５．［１６］涂春鸣，李慧，唐杰，等．电网电压不对称对Ｄ．ＳＴＡＴＣＯＭ的影响分析及抑制［Ｊ］．电工技术学报，２００９，２４（８）：１１４－１２１．ＴＵＣｈｕｎｍｉｎｇ，ＬＩＨｕｉ，ＴＡＮＧＪｉｅ，ｅｔａ１．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎＤ－ＳＴＡＴＣＯＭｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｖｏｌｔａｇｅｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，２４（８）：１１４．１２１．［１７］李平，武建文，张之吴，等．基于双ＤＳＰ结构的配电网—静止同步补偿器设计［Ｊ］．高压电器，２０１５，５１（９）：２８３３．ＬＩＰｉｎｇ，ＷＵＪｉａｎｗｅｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉｈａｏ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｔａｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｄｕａｌ－ＤＳＰ［Ｊ］．ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓ，２０１５，５１（９）：２８－３３．收稿日期：２０１５－０６－１８；—修回日期：２０１６－０３２４作者简介：陈奎（１９７３一），男，博士，副教授，研究方向为供电系统安全与保护、电能质量等；周东（１９９０一），男，通信作者，硕士，研究方向为无功补偿与谐波抑制。Ｅｍａｉｌ：ｚｄｘｄｃｕｍｔ＠１６３．ｃｏｒｎ（编辑葛艳娜）