基于电流间接控制的STATCOM系统仿真研究

　　随着工业化进程的加速，对电能质量要求也日益严格，如何提高现代电力系统可靠性、可控性、快速性已成为亟待解决的问题。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的重要设备之一，在稳定系统电压、提高功率因数、增加传送容量等方面发挥着重要的作用，代表着无功补偿技术的发展方向。STATCOM主电路架构不同、控制策略不同的对应着不同的补偿效果和成本。

　　1 STATCOM工作原理简述

　　采用STATCOM进行补偿无功具有连续调节范围大、控制响应精准快、运行经济可靠等优点。其工作原理图如图1所示。STATCOM主电路由逆变器和直流侧电容构成，经变压器接入电力系统。在理想情况下STATCOM装置等效为“可控电压源”，设其输出电压为UI，系统电压为US，两者同相位。当UI>US时，电流从系统流向STATCOM且电流相位超前系统电压90。，装置输出感性无功;反之，当UI>US时，电流从系统流向STATCOM且电流相位超前系统电压90。，装置输出感性无功；反之，当UI<US时，电流从STATCOM流向系统且电流相位滞后系统电压90°，装置吸收感性无功；当UI=US时，系统与STATCOM之间的电流为0，不交换无功功率。

　　稳态时，STATCOM从系统吸收的有功功率和无功功率的计算公式如下：

　　式中：US是系统电压;R是系统等效电阻;δ是系统电压和装置输出电压之间的相位差。当δ<0，Q<0吸收容性无功;当δ>0，Q>0吸收感性无功。通过调整δ，就可对STATCOM的无功功率进行连续调节。

　　2 STATCOM的间接电流控制策略

　　根据是否直接控制输出电流来分，STATCOM可分为电流直接控制和电流间接控制两种控制策略。间接电流控制是指对STATCOM装置中逆变器所产生的交流电压基波的相位和幅值的控制，以此来间接控制STATCOM交流侧电流。间接电流控制分为单δ控制和δ与θ配合控制。采用单δ控制时，虽然简单有效，但忽略了对θ的控制，使得直流侧电容电压稳定困难、损耗增加。在δ与θ配合控制中，δ角的控制用于无功功率控制，而对θ角进行控制可起到维持电容电压稳定的作用。因此可对无功功率控制采用逆系统非线性PI方法，对STATCOM直流侧电容电压采用传统的PI控制方法，两个控制环互相独立，互不干扰。

　　图2为δ与θ配合的逆系统PI控制框图。图中，三相瞬时电压uA,B,C和瞬时电流iA,B,C，经过α，β变换和瞬时无功功率计算得到补偿无功功率Q，并与参考补偿无功功率Qref进行比较，经过PI环节得到控制量δ，参考电压uref与直流侧电压udc进行比较，经过PI环节得到控制量θ，将控制量δ和θ作为控制参数输入STATCOM控制系统。